3. Технологический расчет колонны

   1. Материальный баланс и выбор флегмового числа

Обозначим массовый расход дистиллята через и кубового остатка через

Уравнения материального баланса:

Рассчитаем молярные массы воды и уксусной кислоты.

Рассчитаем и выражаем концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Питание:

Дистиллят:

Кубовый остаток:

Относительный мольных расход питания:

Кривая равновесия точек перегиба не имеет.

Определяем минимальное число флегмы по уравнению:

Мольную долю воды в паре, с равновесном с жидкостью питания и определяем по диаграмме (приложения А1)

Рабочее число флегмы по уравнению:

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

2. Определение скорости пара и диаметра колонны.

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

б) в нижний части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны

б) в нижний части колонны

Средняя температура пара определяем по диаграмме (приложения Б.1.)

а) при

б) при

Средние мольные массы и плотности пара:

1. в верхней части колонны

2. в нижней части колонны

Средняя плотность пара в колонне:

Температура верхней части колонны при равняется , а в кубе испарителе при равняется (приложения Б.1.)

Плотность жидкой воды при , плотность жидкой уксусной кислоты при температуре .

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Определяем скорость пара в колонне. По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками h= 500 мм. Для колпачковых тарелок по графику [, с.323, рис. 7.2.] находим С = 0,048.

Скорость пара в колонне:

Объёмный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне:

Мольная масса дистиллята:

Диаметр колонны:

Принимаем диаметр колонны

Скорость пара в колонне:

3.3.Расчет колпачковой тарелки. Гидравлический расчет тарелок

После определения диаметра колонны подбираем по нормалям и определяем расчетом конструктивные размеры основных элементов колонны и тарелки, количество паровых патрубков, размеры колпачка.

Диаметр патрубка принимаем по нормалям НИИХимМаша из ряда: 50, 75, 100, 125, 150 мм.

Задаёмся диаметром патрубка 100 мм. Затем определяем количество колпачков на тарелке.

Принимают, что свободное сечение патрубков должно составлять 10-15 % от свободного сечения тарелки. Тогда количество колпачков на тарелке (оно равно количеству патрубков) определяем из соотношения:

где

Диаметр колпачка находим из условия равенства скорости пара в газовом патрубке и в кольцевом сечении колпачка (т.е., если скорости равны, что равны и площади).

Принимаем толщину стенки патрубка 3 мм.

где

трений диаметр колпачка, м;

Из практических и нормализованных данных размеры прорезей принимают следующие: ширина прорези (b) 2-7 мм, высота прорези (l) 10-15 мм, расстояние между прорезями 3-4 мм.

Принимаем: , высоту сливного порога , расстояние между тарелками и верхним краем прорези колпачка .

Располагаем колпачки по вершинам равностороннего треугольника и рассчитаем прорези

Принимаем по 52 прорези в каждом колпачке. Определяем скорость пара в прорезях:

Гидравлическое сопротивление тарелки определяем по формуле:

Сопротивление сухой тарелки:

где φ = 5,0 – коэффициент сопротивления колпачковой тарелки.

Сопротивление сил поверхностного натяжения:

где

Коэффициент сопротивление поверхностного натяжения .

Рассчитаем эквивалентный диаметр:

Сопротивление столба жидкости на тарелке:

где ;

;

Тогда общее сопротивление одной тарелки