2.8 Гидравлический расчет колонны

Определим гидравлическое сопротивление тарелки Δр, которое складывается из сопротивления Δр₁ сухой тарелки, сопротивления Δр₂ столба жид­кости на тарелке, соответствующего глубине барботажа и сопротивления Δр₃, обусловленного силами поверхностного натяжения жид­кости:

.

Сопротивление сухой тарелки Δр₁ определим по формуле:

,

где ω₀– скорость пара в прорезях;

– коэффи­циент сопротивления (по таблице 3-8 [2] ξ= 5);

н/м².

Зная периметр (длину сливного порога) П=1,1 м (определяется из таблицы 3-11 [2]), определяем высоту уровня жидкости над сливным порогом по формуле:

,

где k– отношение плотности пены к плотности чистой жидкости (при расчетах принимают k =0,5).

Для верхней части колонны:

м.

Для нижней части колонны:

м.

Сопротивление столба жидкости на тарелке Δр₂ вычисляем по формуле:

,

где g=9,81 м/сек²;

k =0,5;

ρ_ж– плотность жидкости, кг/м³;

е– расстоя­ние от верхнего края прорезей до верха сливного порога, м (принимаем е=20 мм);

h– высота прорези, м;

Δh_пр– высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Для верхней части колонны:

н/м².

Для нижней части колонны:

н/м².

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, вычисляем по формуле:

,

где σ_ж– поверхностное натяжение жидкости, н/м;

d_э– эквивалентный диаметр прорези в колпачковой тарелке, м::

м.

Величина поверхностного натяжения σ_ж находится по таблице 3-4 [2]. Для верхней части колонны при t_ж=77 °С, =0,392 σ^в_ж≈24·10^-3 н/м, для нижней части колонны ( t_ж =89,4°С, = 0,097) σ^н_ж≈34·10^-3 н/м.

Следовательно, для верхней и нижней частей колонны сопротивле­ния будут соответственно:

н/м²;

н/м².

Общие сопротивления тарелок:

н/м²,

н/м²,

н/м².

2.9 Тепловой баланс колонны

Тепловой баланс колонны (рисунок 2.1) составляется для определения расхода греющего пара в ректификационных установках непрерывного действия.

По фазовой диаграмме (рисунок 2.2) находим температуру кипения исходной смеси t_f= 83,7 ºС, дистиллята t_d= 79,3 ºС и кубового остатка t_w=95 ºС.

2.9.1 Приход тепла

Количество тепла, вносимое начальной смесью:

,

где с_а– удельная теплоемкость спирта (с_а = 3,266 );

с_b– удельная теплоемкость воды (с_b = 4,187 );

а_f– содержание спирта в исходной смеси, % массе;

Здесь, и далее удельные теплоемкости берутся по таблицам 3-5 и 3-7 [2] при соответствующих температурах;

кДж/с.

Количество тепла, вносимое в колонну греющим паром:

,

где i и i_K– энтальпия водяного пара и его конденсата при заданном давлении, кДж/кг (определяем при р=0,45МПа по таблице VI-7 [4] i= 2743,5 кДж/кг; i_к= 622,4 кДж/кг).

Тепло, вносимое флегмой:

кДж/с.

2.9.2 Расход тепла

Тепло, уносимое парами, поднимающимися с верхней тарелки в деф­легматор:

,

где r_a и r_b– теплоты парообразования компонентов (определяем по таблицам 3-6 [2] и VI-7 [4]) r_a= 850 кДж/кг; r_b= 2258 кДж/кг.

кДж/с.

Тепло, уносимое с кубовым остатком:

кДж/с.

Потери в окружающую среду [3]:

кДж/с.

Уравнение теплового баланса для колонны:

,

откуда расход тепла на колонну определяется равенством

,

а расход греющего пара :

кг/с.