9. Визначення необхідної кількості тарілок в колоні

Використаємо для розрахунку кількості тарілок метод побудови сходинок між робочою і рівноважною лініями, що дає можливість визначення теоретичної кількості тарілок. З врахуванням коефіцієнта корисної дії тарілки розрахуємо дійсну необхідну кількість тарілок.

В розділі 4 було визначено оптимальне флегмове число R = 1,45. Побудуємо в координатах у –х робочу і рівноважну лінії (для R = 1,45) і визначимо теоретичну кількість тарілок. Побудова графіка показана на рис. 6.

Рис. 6. Визначення теоретичної кількості тарілок

З наведеного графіка кількість теоретичних тарілок n_т = 11, в тому числі у вичерпуючій частині n₁ = 4; в укріплюючій n₂ = 7.

Дійсна кількість тарілок:

n = n_т / η,

де η – коефіцієнт корисної дії тарілки, який визначимо з діаграми на рис. 7.

При середній температурі в колоні 82,4⁰С тиск насиченої пари метанолу [3, рис.ХІV] Р_сп = 1600 мм.рт.ст. Тиск насиченої пари води Р_в= 400 мм.рт.ст.

Тоді коефіцієнт летючості α = Р_сп/Р_в = 4.

Розрахуємо в’язкість рідкої суміші живлення при середній температурі в колоні.

В’язкість спирту µ_сп = 0,26 мПа·с; в’язкість води µ_в = 0,34 мПа·с.

В’язкість суміші:

= 0.26^0.273·0.34^(1-0.273) = 0.316 мПа·с.

Добуток αµ = 4·0,316 = 1,264

Рис. 7. Діаграма для наближеного визначення коефіцєнта

корисної дії тарілки

З діаграми на рис. 7 η = 0,45.

Таким чином, дійсна кількість тарілок:

вичерпуючої частини n₁= 4/0,45 = 9;

укріплюючої частини n₂= 7/0,45 = 16.

Загальне число тарілок n = 25.

10. Визначення висоти колони:

Н = (n – 1) h + Н_в + Н_н,

де h – відстань між тарілками, м; Н_в, Н_н – відстань між верхньою тарілкою і кришкою колони і між нижньою тарілкою і днищем колони відповідно, м.

Значення Н_в й Н_н вибираємо у відповідності з рекомендаціями [12]:

Діаметр колони, мм Н_в Н_н

400 – 1000 600 1500

Відстань між тарілками складається з висоти барботажного шару (піни) h_n і висоти сепараційного простору h_c:

h = h_n + h_c (5.68)

Висоту сепараційного простору розраховуємо, виходячи з допустимого бризко виносу з тарілки, який приймають 0,1 кг рідини на 1 кг пари. для сітчатих тарілок.

Допусимий бризко виніс розраховуємо з рівняння:

е = 0,000077 (73 / σ) (w / h_с)^3,2,

де w –швидкість пари, віднесена до робочої площі тарілки, м/с; σ –поверхневий натяг рідини (низько киплячого компонента) при середній температурі в колоні, мН/м.

Верхня частина колони:

w_в = 1,68 м/с; σ = 18,2 мН/м (при t_в = 73⁰С)

0,1 = 0,000077(73/18,2)·(1,68/h_с)^3,2,

звідки h_с = 0,276 м.

Нижня частина колони:

w_н = 1,78 м/с; σ = 16,48 мН/м.

0,1 = 0,000077(73/16,48)·(1,78/h_с)^3,2,

звідки h_с = 0,301 м.

Висоту газорідинного шару розраховуємо за рівнянням:

h_п = h₀/(1 – ε),

де ε – газовміст барботажного шару.

ε = , (5.72)

де Fr = w² / (gh₀).

Висота шару рідини на тарілці у верхній частині колони h_0В= 0,019 м;

у нижній частині колони h_0Н = 0,022 м.

Критерій Фруда:

Fr_в = 1,68²/(9,8·0,019) = 15,16;

Fr_н = 1,78²/(9,8·0,022) = 14,7.

Газовміст барботажного шару:

ε_в = 15,16^0,5/(1+15,16^0,5) = 0,79;

ε_н = 14,7^0,5/(1+14,7^0,5) = 0,79.

Висота газорідинного шару:

h_пв = 0,019/(1-0,79) = 0,09 м;

h_пн = 0,022/(1-0,79) = 0,1 м.

Отже, відстань між тарілками:

верхня частина колони h_в = 0,09 + 0,276 = 0,366;

нижня частина колони h_н = 0,1 + 0,3 = 0,4 м.

Приймаємо відстань між тарілками однаковою для всієї колони

h = 0,4 м.

Висота колони:

Н = (25 – 1)·0,4 + 0,6 + 1,5 = 11,7 м.