1.1.2 Расчет скорости пара и диаметра колонны

Для ректификационных колон, работающих в плёночном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20-30% ниже скорости захлёбывания.

Допустимая скорость в верхней и нижней части колонны:

Выбираем тарелку типа ТСК – Р D = 1000мм .

Тогда, d_k=80мм=0,08м; h_k=70мм .

Найдем плотности жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них . Средние температуры паров определим по диаграмме (рис.1.2) по средним составам фаз:

при ˚С;

при ˚С.

Тогда

кг/м³;

кг/м³.

По найденным значениям ρ_ув и ρ_ун находим:

_у = (3,28+2,87)/2 = 3,075 кг/м³

При х_ср.в. = 0,452 t_в=75,5 ^оС

т.к. ρ_б=820кг/м³, ρ_х =1387,3 кг/м³, то ρ_х.в.=1387,3·0,22+820(1-0,22)=944,8кг/м³

Аналогично, при х_ср.н. = 0,108 t_н=79,5 ^оС,

ρ_хн=940 кг/м³

_х = (940+944,8)/2 = 942,4 кг/м³

Находим скорости пара в верхней и нижней части колонны:

Тогда = (0,835+0,89)/2 = 0,863 м/с

Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода:

.

= (G_в+G_н)/2 = (5,7+4,88)/2 = 5,29 кг/с

Тогда

Выбираем d_ст.кол.= 1600 мм

Действительная скорость: ω= (1,54/1,6)²=0,863(1,54/1,6)²=0,852 м/с

Параметры колонны:

Свободное сечение колонны, м² 2,01

Длина линии барботажа, м 20,7

Периметр слива L_с, м 1,238

Сечение перелива, м² 0,269

Свободное сечение тарелки, м² 0,219

Относительная площадь для прохода паров, % 10,9

Высота сливной перегородки h_п, мм 41

Масса, кг 118,3

1.1.3 Определение числа тарелок и высоты колонны

Число ступеней изменения концентрации:

Верхнее n΄_т=5, нижнее n˝_т=6, следовательно n_т =11.

Число тарелок рассчитывается по формуле

n=n_т/η

при t = 78,3 ^oC:

P_б=600 мм.рт.ст.; P_х=1000 мм.рт.ст.

μ_б=0,322 мПа·с; μ_х=0,317 мПа·с

α=Р_х/Р_б=1000/600=1,67; μ=(0,322+0,317)/2=0,319 мПа·с

Тогда α·μ=1,67·0,319=0,53

По графику 7.4(Носков, с. 323) определяем η=0,57

Длина пути жидкости на тарелке:

l=D-2b=1,6-2·0,312=0,98 м

По графику 7.5(Носков, с. 324) определяем поправку на длину пути Δ=0,035

Средний КПД тарелок:

η_l=η(1+Δ)=0,57(1+0,035)=0,57

Число тарелок:

в верхней части колонны: n ́=n_т́/n_l=5/0,59=8,47=9

в нижней части колонны: n˝=n_т˝/n_l=6/0,59=11

тогда общее число тарелок Σn=20.

Высота тарельчатой части колонны:

H_т= (n-1)h_р = (20-1)0,4 = 7,6 м,

где h_p- расстояние между тарелками, равное 400мм.

Общая высота колонны:

H_k= H_т + Z_в + Z_н = 7,6 + 1 + 2 =10,6 м

z_в = 1 м – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны

z_н = 2 м – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны

1.1.4 Расчет гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление насадки находим по уравнению:

.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитываем по уравнению:

,

Гидравлическое сопротивление газо – жидкостного слоя(пены) на тарелке:

,

где g = 9,8 м/с²,

ρ_x = 942,4 кг/м³

h_o – высота светлого слоя жидкости, рассчитываемая по формуле

h_o = 0,0419 + 0,19h_пер – 0,0135ω + 2,46q,

где h_пер – высота перелива перегородки, равная 0,07 м;

q = Q/b – линейная плотность орошения, м³/(м с)

Q-объемный расход жидкости

Q = G_f/ρ_x = 1,5/942,4 = 0,0016 м³/с

b = 0,01 м – ширина переливной перегородки

Тогда q = 0,0016/0,01 = 0,16 м³/с

h_oв = 0,0419 + 0,19·0,07 – 0,0135·0,852 + 2,46·0,16 = 0,096 Па

h_oн = 0,0419 + 0,19·0,07 – 0,0135·0,852 + 2,46·0,16 = 0,097 Па

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Тогда гидравлическое сопротивление всех тарелок колонны ΔP_к будет равно:

ΔP_в = ΔP_с + ΔP_пв + ΔP_б = 106,7 + 889 + 1,13 = 996,83 Па

ΔP_н = ΔP_с + ΔP_пн + ΔP_б = 106,7 + 893,6 + 1,13 = 1001,43 Па

ΔP_к = ΔP_вn΄ + ΔP_нn˝ = 996,83·9 + 1001,43·11 = 20 кПа