3.2 Скорость пара и диаметр колонны
Расчет скорости пара в колонне тарельчатого типа с ситчатыми тарелками ведем по формуле Киршбаума [7]
, (3.16)
где: ρх, ρу – средние плотности жидкости и пара соответственно, кг / м3.
Так как плотность пара значительно меньше плотности жидкости то в разности плотностей жидкости и пара можно пренебречь плотностью пара. Примем расстояние между тарелками 500 мм. Следовательно, выражение (3.16) запишется следующим образом:
(3.17)
Средние плотности пара в верхней и нижней частях колонны находим по уравнениям (3.18) и (3.19) [5] соответственно.
(3.18)
, (3.19)
где:
,
– температура паров жидкости при средних
мольных составах паров в верхней и
нижней частях колонны соответственно.
Значения
,
определяем по t – х, у – диаграмме (рис.
3.2 )
при
уср.в
= 0,6 кмоль / кмоль смеси, — 
= 56,7°С
при
уср.н
= 0,22 кмоль / кмоль смеси — 
= 61,9°С
кг
/ м3;
кг
/ м3
Плотность физических смесей жидкостей можно определить:
, (3.20)
где
ρА,
ρМ
– плотности легколетучего и тяжелолетучего
компонентов смеси соответственно, кг
/ м3;
– массовая концентрация легколетучего
компонента в смеси, кг / м3.
Найдем средние массовые концентрации легколетучего компонента в смеси для верхней и нижней частей колонны:
кг
/ кг смеси;
кг
/ кг смеси.
Для определения плотностей четыреххлористого углерода и толуола в верхней и нижней частях колонны необходимо определить среднюю температуру смеси в верхней и нижней частях колонны при средних значениях мольного состава компонентов. Для этого воспользуемся t – х, у – диаграммой (рис. 3.2)
при хср.в = 0,438 кг / кг смеси, — tв = 57,3°С;
при хср.н = 0,098 кмоль / кмоль — tн = 62,7°С.
Для верха колонны плотности ацетона и метанола равны соответственно [3]:
ρА = 748,97 кг / м3; ρМ = 758,43 кг / м3.
Для низа колонны плотности ацетона и метанола равны соответственно:
ρА = 742,35 кг / м3; ρМ = 753,30 кг / м3.
Подставим полученные значения в уравнение (3.20):
;
;
ρхв = 754,26 кг / м3; ρхн = 752,21 кг / м3.
Скорость пара из (3.17) равна:
для верхней части колонны:
м
/ с;
для нижней части колонны:
м
/ с.
Диаметр колонны определяется по формуле (3.21) [2]:
, (3.21)
где: G – средние массовые потоки пара для верха и низа колонны, кг / с; ω – скорость пара в верхней и нижней частях колонны, м / с; ρу – средние плотности пара в верхней и нижней частях колонны, кг / м3.
Подставив значения в уравнение 3.21 получим:
для верха колонны:
м;
для низа колонны:
м.
По каталогу [2] выбираем для диаметра колонны D = 3000 мм. ситчатую однопоточную тарелку ТС-Р со следующими конструктивными размерами, приведенными в таблице 3.3.
Таблица 3.3 Основные характеристики однопоточной тарелки ТС-Р для диаметра колонны 3000 мм
|
Рабочее сечение тарелки, SТ |
6,43м2 |
|
Свободное сечение колонны |
1,13 м2 |
|
Относительное свободное сечение тарелки, Fс |
17,1% |
|
Сечение перелива |
0,315 м2 |
|
Высота переливного порога, hпер |
30 мм |
|
Относительная площадь перелива |
4,4% |
|
Периметр слива, b |
1,715м |
|
Диаметр отверстий в тарелке, do |
8 мм |
|
Шаг между отверстиями, t |
16 мм |
Пересчитаем скорости на принятый диаметр:
ωв = 1,035*(2,93 / 3)2 = 0,987 м / с;
ωн = 1,17*(2,78 / 3)2 = 1,004 м / с.
Определим скорость пара в рабочем сечении тарелки [2]:
, (3.22)
где: Sт – рабочее сечение тарелки, м2 (табл. 3.3).
м
/ с;
м
/ с.
