5. Определение числа тарелок и высоты колонны
Находим число ступеней изменения концентрации в колонне по диаграмме (рис. 5.1):
Рис.
5.1. Диаграмма
c
изображением теоретических тарелок.
В
верхней части колонны
в
нижней части колонны
всего
15 ступеней.
Число тарелок рассчитываем по уравнению (7.19, [1]):
где
- число теоретических тарелок;
-
средний к.п.д. тарелок.
Для
определения среднего к.п.д. тарелок
находим коэффициент относительной
летучести разделяемых компонентов
и динамический коэффициент вязкости
исходной смеси
при средней температуре, равной
При
этой температуре давление насыщенного
водяного пара
насыщенного пара уксусной кислоты
,
откуда:
Динамический
коэффициент вязкости воды при
равен
Динамический
коэффициент вязкости уксусной кислоты
Принимаем
динамический коэффициент вязкости
исходной смеси
Тогда:
По
графику (рис. 7.4, [1]) находим
Длина пути жидкости на тарелке:
По
графику (рис. 7.5, [1]) находим значение
поправки на длину пути
Средний к.п.д. тарелок определяем по уравнению (7.20, [1]):
Число тарелок:
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
Общее
число тарелок
с запасом
из них в верхней части колонны 18 и в
нижней части 7 тарелок.
Для определения высоты колонны использую формулу:
где
-
высота крышки, мм;
-
высота сепарационной части, мм;
-
высота верхней тарельчатой части, мм;
-
высота эвопарационного пространства,
мм;
-
высота нижней тарельчатой части, мм;
-
высота кубовой части, мм;
-
высота юбки, мм.
По
каталогу-справочнику «Колонные аппараты»
[3] для колонны диаметром 2400 мм принимаем
Принимаем 3 люка-лаза (2 в верхней части колонны, 1в нижней). В месте люка-лаза расстояние между тарелками принимаем 800 мм.
Принимаем
Общее гидравлическое сопротивление тарелок:
6.Расчёт теплового баланса колонны
Для колонны непрерывного действия с учётом потерь тепла в окружающую среду имеем:
Приход тепла:
-
количество тепла, подводимого в куб
колонны,
;
-
количество тепла, вносимое сырьём,
;
Расход тепла:
-
количество тепла, уносимое дистиллятом,
;
-
количество тепла, уносимое остатком,
;
-
количество тепла, отводимое дефлегматором,
;
-
потери в окружающую среду,
.
Таким образом, уравнение теплового баланса
(6,1)
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:
,
,
где
и
-
удельные теплоты конденсации воды и
уксусной кислоты при 128
.
Расход
теплоты, получаемой в кубе испарителе
от греющего пара, находим, решая данное
уравнение относительно
Здесь
тепловые потери
приняты
в размере 3% от полезно затрачиваемой
теплоты; удельные теплоемкости
рассчитываем в зависимости от температур
и состава жидкости:
При
(
из диаграммы t-x,y
стр.11)
,
При
( из диаграммы t-x,y
стр.11)
,
При
( из диаграммы t-x,y
стр.11)
,
Расход теплоты в подогревателе смеси:
,
где
–
начальная температура сырья;
-
удельная теплоемкость исходной смеси
при средней температуре (134+18)/2=76 ºС.
,
Тепловые потери приняты в размере 5 %.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:
,
где
–конечная
температура охлаждённого дистиллята,
удельная
теплоемкость дистиллята при средней
температуре (128+25)/2=76,5ºС.
,
.
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:
,
где – конечная температура охлаждённого кубового остатка,
-
удельная теплоемкость кубового остатка
при средней температуре (142+25)/2=83,5ºС.
,
,
Расход греющего пара, имеющего следующие характеристики
Температура греющего пара должна быть больше температуры куба на 15 градусов, принимаем tг.п=142+15=157
-удельная
теплота конденсации греющего пара;
φ=5% -влажность греющего пара;
Температура конденсации = 157оС;
а) в подогревателе исходной смеси:
б) в кубе-испарителе:
Всего расход греющего пара: 4,67+0,93=5,6 кг/с.
Расход
охлаждающей воды при нагреве её на
а) в дефлегматоре:
б) в водном холодильнике дистиллята:
в) в водяном холодильнике кубового остатка:
Всего:
Массовый
расход горячей струи при температуре
в кубе колоны
:
,
