9.Выбор размеров тарелок.

Выбор размеров тарелок проводится на ЭВМ по следующим критериям:

а)скорость пара должна быть меньше скорости захлебывания;

б)проверка по гидродинамическим параметрам: должно соблюдаться условие, необходимое для нормальной работы тарелок

[3] (стр.355)

где:

h-выбранное расстояние между тарелками .

.

Для ситчатых тарелок рабочая скорость газа определяется по формуле:

[1](стр. 205);

где:

_ж- средняя плотность жидкости,

_п - средняя плотность пара.

Расчет гидравлики ситчатых тарелок:

Перепад давления на ситчатой тарелке определяется как сумма:

[4] (стр. 252)

где:

Р_г - перепад давления на сухой тарелке;

Р_ -перепад давлений, необходимый для преодоления поверхностного натяжения;

Р_ж - перепад давления, необходимый для преодоления веса столба жидкости на тарелке;

Перепад давления на сухой тарелке определяется по формуле :

[4](стр. 248)

где:

 - коэффициент сопротивления, практически не зависимый от размеров и формы отверстий и способа их распределения на тарелке (принимается 1.95-2);

w₀- скорость газа в отверстии, м/с;

_г - удельный вес газа;

Перепад давления , необходимый для преодоления поверхностного натяжения определяется по формуле:

[4](стр. 252)

где :

d₀- диаметр отверстия для выхода пара;

 - поверхностное натяжение жидкой смеси;

Перепад давления, необходимый для преодоления веса столба жидкости определяется по формуле:

[4](стр. 253);

где:

11. отношение плотности пены на тарелке к плотности светлой жидкости;

hс.п.- высота сливной перегородки, м ;

- напор слоя небарботируемой жидкости у сливной перегородки ,м :

[4](стр. 253);

где:

12. расход жидкости, кг/ч;

- коэффициент расхода через сливную перегородку (6400-10000);

12. длина сливной перегородки , м;

Для выбранных тарелок рассчитывается унос жидкости (кг жидкости/ кг пара):

[4](стр. 254);

где:

- поверхностное натяжение, Н/м;

23. скорость пара в полном сечении колонны, м/с;

He- эффективное расстояние между тарелками , мм;

He=Нт-2.5hж [4] (стр. 245);

где:

Нт- расстояние между тарелками, мм;

h_ж- высота светлого слоя жидкости на тарелке , мм;[1](стр. 207);

где:

13. показатель степени, равный 0.05-4.6h_с.п;

q=Q/l- линейная плотность орошения (Q- объемный расход жидкости);

Для выбранных тарелок рассчитывается число ячеек полного перемешивания:

[1] (стр. 241);

где:

А, m, n, h, q- коэффициенты, зависящие от гидродинамического режима;

Re_х - критерий Рейнольдса для пара в отверстиях тарелки:

[1] (стр. 241);

где:

F_c- относительная площадь свободного сечения тарелки;

Re_y- критерий Рейнольдса для жидкости:

[1](стр. 241);

Выбор тарелки.

(Тарелку выбираем по таблице на странице 216-217 [1] )

Тип тарелки ТС-Р D= 1000 мм (диаметр колонны)S_k=0.785 м²(свободное сечение колонны)S_t= 0.715 м²(рабочее сечение тарелки)L=0.8 м (периметр слива)h_пер= 30 мм

d_отв= 4мм;f= 10 мм(шаг между отверстиями)F_c= 8% (относительное свободное сечение тарелки)

Рассчитываем скорость пара в рабочем сечении тарелки по формуле

м/с м/с

Расчет высоты светлого слоя жидкости на тарелки и паросодержание барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости h₀для ситчатых тарелок находим по уравнению:

где – удельная расход жидкости на 1м ширины сливной перегородки, м²/с;

b– ширина сливной перегородки, м;h_пер– высота переливной перегородки, м;_х_В– поверхностное натяжение жидкости и воды при средней температуре в колонне;_х-- в мПа*с;

м

м

Паросодержание барботожного слоя находим по формуле ():

где

Для верней части колонны

считаем по формуле

Рассчитаем высоту газожидкостного бабрбатажного слоя (пены) на тарелке

и находим:

м м

Рассчитаем коэффициент mучитывающий влияние уноса физических свойств жидкости и пара по уравнению:

подставляем числа:

Рассчитываем брызгоунос:

<0.4

Условия соблюдаются т.е. все тарелки будут работать всеми отверстиями полностью.

Расчет коэффициента диффузии

Мольное объема:

циклогексан :

Хлорбензол

=

M²/C

M²/C

Определение единиц переноса

По рисунку 1 по tg касательных к равновесной находим

стр 241

Расчет коэффициентов массоотдачи проводим по формулам:

и в цифрах:

отсюда:

Для ситчатых тарелок при факторе скорости =>

Можно принять

Опредилим длинну пути жидкости , как расстояние между периливными устройствами

Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке

фактор массопередачи для укрепляющей части колонны

фактор массопередачи для исчерпывающей части колонны

Е_У локальная эффективность по парам; е – межтарельчатый унос жидкости

По рис 1 находим y_k^*-равновесные и y_н-рабочие

y_k=0,852 y^*=0,9

y_k=0,852+0,335(0,9-0,852)=0,868; y_к=0,387+0,45(0,639-0,387)=0,5

Аналогично для нескольких промежуточных точек. Соединив y_к получим кинетическую кривую. Между кинетической и рабочими кривыми считаем действительное число тарелок.

Выбор конструктивного материала

В химической технологии для разделения агрессивных, токсичных смесей наиболее часто используются сталь Х18Р10Т со скоростью коррозии 0.1 мм / год.

Для подачи воды и пара используется черная сталь Ст 3

Расчет толщины обечаек проводиться в соответствии с ГОСТ 14249-80 [2].

Исполнительную толщину тонкослойной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле:

Это формула приемлема при следующих условиях: во первых, для труб и обечаек с D>=200 мм должно соблюдаться условие (s-c)/D =<0.1, для труб и обечаек с D<200 м – (s-c) /D=<0.3; во-вторых, расчетная температура обечайки из углеродной стали не должна превышать 380⁰ , из низколегированной – 420⁰С, из аустенитной – 525⁰С.

подбираем стандартную толщину обечайки S=10мм (стр 211 [1])

Штуцера и Фланцы

Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными (резьбовыми или фланцевыми) и не разъемными (сварными или паяными). Наиболее употребимте соединения с помощью флецевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой стальные нарезки труб с приваренными к ним фланцами, откованными заодно с штуцерами. В зависимости от толщены стенок патрубки штуцеров могут быть тонко- или толстостенными. Штуцера не рассчитываю на прочность, а выбирают. Типы штуцеров определены соответствующими стандартами Типа штуцеров зависят от номинального (условного) давления и температуры. Стандартизованы штуцера диаметром от 20 до 500 мм, для условных давлений 16 М Па и температур –70 до +600 ⁰С.

Опоры аппаратов

Химические аппараты устанавливаю на фундамент чаще всего с помощью опор. Без опор на фундамент устанавливают только сосуды и аппараты с плоским днищем, предназначенные для работы наливом. Аппараты работающие в горизонтальном положение, независимо от того где их монтируют устанавливаться на седловых опорах. Аппараты вертикального типа с соотношениями Н/D>=5 , размещаться на открытых пространствах, оснащаться так называемыми юбочными опорами или коническими. Чаще всего конические юбочные опоры применяют для аппаратов колонного типа. Вертикальные аппараты устанавливаемые в помещение, могут матироваться либо на подвесных лапах либо на стойках. Подвесные опоры применяться в том случае, если аппарат размещается между перекрытиями или на специальных стальных конструкциях. Если аппарат устанавливается на полу того или иного этажа то при Н/D<5 используются опорные стойки, которые могу быть вертикальными или наклонными, так же круглого или некруглого сечения. Опорные стойки круглого сечения как правило применяться для аппаратов малого объема. Что бы сохранить целостность обечаек и днищ аппаратов часто при действии на них опорных нагрузок, между опорой и элементами аппарата иногда помещают специальную прокладку. Подвесные опорные лапы рекомендуется располагать выше центра масс аппарата.

Определение толщины изоляции

Толщину тепловой изоляции _Н находят из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

где — коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающею среду, Вт / (м² К); t_{ст. 2} – температура изоляции со стороны окружающий среды (воздуха); для аппаратов работающих в закрытом помещении t_{ст. 2} выбирают в интервале 35 – 45 ⁰С а для аппаратов работающих на открытом воздухе в зимние интервалы 0 –10⁰С; t_{ст. 1} – температура изоляции со стороны аппарата; в виду не значительного сопротивления стенки аппарата по сравнению с термическим сопротивлением слоя изоляции t_{ст. 1} принимают равной температуре греющего пара t_{г. 1} ; t_В – температура окружающий среды (воздуха), ⁰С _И – коэффициент теплопроводности изоляционного материала Вт/(м К).

Рассчитаем толщину тепловой изоляции для 1-го слоя :

В качестве изоляционного материала берм совелит (85% магнезии + 15% асбеста) имеющий коэффициент теплопроводности _И = 0,09 Вт/(м К)

Тогда получим:

Выбор теплообменника

(таблица XXXIX и LVI (2))

По условию вода оборотная (таблица ХL (2) ) t_зима = - 2,1

Вода охлаждения:

Пар обогрева:

Подбор емкостей по ГОСТ 13367 – 76 год

где Д и L диаметр и длинна емкости  = 1 час

1. Емкость исходной смеси:

2.Емкость дистиллята

3. Емкость кубового остатка

HР

Тепловой баланс

1. t_P = 82 ⁰C расход тепла охлаждающей воде дефлегматоре

2. t_P = 82 ⁰C Расчет расхода тепла получаемого кипящей жидкостью

t_F = 90 ⁰C от конденсирующегося пара в кубе-испарителе

t_W = 130 ⁰C

3. t_F = 90 ⁰C t _нач = 20 ⁰C t _Сред = 55 ⁰C

4. t _P = 82 ⁰C t _кон = 30 ⁰C t _сред = 56 ⁰C

4. t _W = 130 ⁰C t _кон = 30 ⁰C t _сред = 80 ⁰C

Расчет расходов

Подбор конденсатора-газоотводчика (КО)

Требуемое значение коэффициента пропускной способности определяют в зависимости от расхода водяного конденсата и перепада давления между давлением пара и давлением в линии отвода конденсата:

1. КО _{кипятильника} =

К = 1 т / час Д_У = 20мм

2. КО _{подогревателя} =

К = 1 т / час Д_У = 20м

Подбор трубопроводов

(Подбор ведем по таблице из П 1.2. (1) ) принимаем  = 30 м/с при подаче паров;  = 2 м/с подача насосом;  = 0,5 м/с подача самотеком.

1. Трубопровод «Исходная емкость – Колонна » G = F w = 2  = ^F_x

45 x 4 X 18H10T

2. Трубопровод «Колонна – Дефлегматор » G = P(R+1) w = 30  = ^P_y

159 x 7 X 18H10T

3. Трубопровод «Дефлегматор – Колонна » G = PR w = 2  = ^P_х

25 x 3 X 18H10T

4. Трубопровод «Дефлегматор – Холодильник » G = R w = 0,5  = ^P_х

56 x 3.5 X 18H10T

5. Трубопровод «Колонна – Кипятильник » G = W w = 0,5  = ^W_х

76 x 4 X 18H10T

6. Трубопровод «Кипятильник – Колонна » G = W w = 30  = ^W_у

159 x 7 X 18H10T

Аналогичный расчет проводиться для подачи воды (w = 2 м/с) и подачи пара ( w = 30 м/с)

Вода – дефлегматор 89 х 6

–холодильник дистиллята 38 х 4

–холодильник кубового остатка 76 х 4

Пар – кипятильник 108 х 6

–подогреватель 76 х 4

Подбор теплообменника

1. подогрев исходной смеси (П 2.4.4. (1) ) (для пара данные см выше)