2. Расчетная часть
2.1 Материальный баланс
Обозначим массовый
расход по кубовому остатку
кг/с, по дистилляту
кг/с, питания
кг/с.
из уравнений материального баланса:
где:
находим:
,
Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в массовых долях:
Относительный
мольный расход питания:
.
Кривая равновесия точек перегиба не
имеет. Определяем минимальное число
флегмы по уравнению:
,
где
- мольную долю воды в паре, равновесном
с жидкостью питания определяем по
диаграмме
.
Рабочее число флегмы определяем по
уравнению:
Уравнения рабочих линий:
а) верхней части колонны
,
в) нижней части колонны
График нижней и верхней рабочих линий, а так же равновесной кривой находится в Приложение I.
2.2 Гидравлический расчёт
2.2.1 Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние концентрации жидкости в верхней части колонны:
Средние концентрации жидкости в нижней части колонны:
Средние концентрации пара в колонне находим по уравнениям рабочих линий:
Средние температуры определяем по диаграмме t-x,y :
При
;
при
При
;
при
Средние мольные массы и плотности пара.
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
Плотность пара:
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
Средние мольные массы и плотности жидкости:
а) вверху колонны:
б) внизу колонны:
плотности легколетучего и труднолетучего:
при
, при
Определим массовый расход пара и жидкости, проходящих через колонну [1]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Определим вязкости для пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны:
а) Для верхней части колонны:
При
б) Для нижней части колонны:
При
Определим скорость пара по уравнению:
,
где
-предельная
скорость пара,
;
-эквивалентный
диаметр щели (для
),
м;
-относительное
свободное сечение тарелки;
-динамический
коэффициент вязкости жидкости,
;
-
динамический коэффициент вязкости воды
при
,
;
-коэффициент,
равный
для нижнего и 10 для верхнего пределов
работы тарелки.
Для предварительного
расчёта величины
зададимся
и соответственно
(для верхней нижней частей колонны):
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Рабочую скорость пара определим по соотношению [4]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.2 Определение диаметра колонны
Диаметр колонны найдем из уравнения:
,
где
-объёмный
расход пара,
;
Объёмный расход пара найдём по соотношению:
,
где
-массовый
расход пара,
;
-плотность
пара в соответствующей части
колонны,
.
Для верхней части колонны
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Примем диаметр
колонны
.
Тогда скорость пара в колонне будет:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Выберем размеры тарелки:
размер щели
Уточним коэффициент
с учётом найденной рабочей скорости
пара по соотношению:
,
где
-предварительно
принятое значение коэффициента (
)
при соответствующих значениях предельной
скорости пара и свободного сечения
тарелки (
);
-скорость
пара для выбранной стандартной колонны,
;
-относительное
свободное сечение тарелки для выбранной
стандартной колонны(
).
Для выбранной
стандартной колонны должно быть выполнено
условие
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Указанное выше условие выполняется.