Расчёт основных размеров колонного аппарата.

Расчёт обычно проводится отдельно для верхней и нижней части колонны, или для всей колонны по среднему составу фаз.

1. Диаметр колонны.

(134)

где объемный расход паровой фазы определяется по формуле

(135)

2. Высота колонны.

(136)

Для тарельчатой колонны расчётная высота определяется

(137)

где - расстояние между тарелками, принимается в зависимости от диаметра колонны;

- число действительных тарелок, в наиболее простом варианте определяется

(138)

КПД тарелки принимается на основе опытных данных или рассчитывается по эмпирическим формулам. Например, В.Н. Стабников приводит зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне для системы этанол-вода, что показано на рис. 163.

Рис.163. Зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне.

В общем случае и скорость паровой смеси, и КПД тарелки по высоте колонны будут переменны. Поэтому более точно число действительных тарелок определяется на основе кинетического расчёта от тарелки к тарелке с применением ЭВМ.

В насадочной колонне насадка располагается слоями, высотой по 3-4 м каждый. Общая расчётная высота слоя насадки:

(139)

где - высота, эквивалентная теоретической ступени (ВЭТС).

Величина рассчитывается по эмпирической формуле В.В. Кафарова

(140)

где - эквивалентный диаметр насадки, м,

m – тангенс угла наклона равновесной линии,

- для верхней части колонны,

- для нижней части колонны,

- число Рейнольдса для паровой фазы.

Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.

Задание.

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения под атмосферным давлением 5 т/ч жидкой смеси метанол-вода.

Содержание метанола: мольн.

Исходная смесь подаётся в колонну при температуре кипения. Греющий пар имеет давление 0.2 МПа. Схема установки представлена на рис.164.

Рис.164. Схема ректификационной установки.

1-колонна, а) – верхняя часть, б) – нижняя часть, 2-дефлегматор,

3-разделитель, 4-кипятильник.

Физические свойства компонентов.

Сведены в таблицу 7.

Таблица 7. Физические свойства компонентов.

Наименование	Обозначение	Метанол	Вода
Молекулярная масса	М
Температура кипения,		64.5	100
Плотность жидкости,
Теплота парообразования, кДж/кг		=1109.5
Теплоёмкость,	С

Данные по равновесию представлены в таблице 8.

Таблица 8. Равновесие системы метанол-вода.

			Р
0	0.0	100	760 мм рт. ст.
10	41.8	87.7
20	57.9	81.7
30	66.5	78.0
40	72.9	75.3
50	77.9	73.1
60	82.5	71.2
70	87.0	69.3
80	91.5	67.5
90	95.8	66.0
100	100.0	64.5

По данным таблицы 8 строится диаграмма равновесия (рис.165) и изобара равновесия(рис. 166).

На ось абсцисс наносятся точки: .

Из диаграммы рис.165 определяется или 0,675 (доли).

На изобаре рис.166 определяются температуры:

.

Рис.165. Диаграмма равновесия системы метанол-вода.

Рис.166. Изобара равновесия системы метанол-вода.

Массовые доли метанола

Аналогично

Теплоёмкость исходной смеси

Плотность пара метанола при

Плотность пара воды при

Параметры греющего пара при Ргр.=0.2 МПа (2 ата):