4.6. Гидравлический расчёт тарелок

Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по [4] уравнение (5.56).

_, (4.52)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки определяется по формуле:

, (4.53)

где - коэффициент сопротивления одной сухой тарелки;

–скорость пара в рабочем сечении тарелки, м/с;

– средняя плотность пара в колонне, кг/м³;

– свободное сечение тарелки, м².

= 1,5, по [4];

= 2,063 кг/м³, = 1,783кг/м³

= 0,14 м²

1. Для верхней части колонны:

2. Для нижней части колонны:

Рассчитаем сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

где - поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

; ;

= 0,008 м.

1. Для верхней части колонны:

2. Для нижней части колонны:

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле:

1. Для верхней части колонны:

2. Для нижней части колонны:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны определим по формуле (4.52):

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

Общее гидравлическое сопротивление колонны:

ΔP=Δp_в +Δp_н=473+442=915Па

5 Подбор вспомогательного оборудования

5.1 Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе

где - средняя удельная теплота конденсации, кДж/кг.

Определим среднюю удельную теплоту конденсации по следующей формуле

где - средняя удельная теплота конденсации ацетона, кДж/кг;

- средняя удельная теплота конденсации этанола, кДж/кг;

= 522,6 кДж/кг;

= 882,9 кДж/кг.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе определим по формуле (5.1)

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителя от греющего пара

где - удельная теплоемкость дистиллята, Дж/(кг К);

- температура дистиллята, ºС;

- удельная теплоемкость кубового остатка, Дж/(кг К);

- температура кубового остатка, ºС;

- удельная теплоемкость питания, Дж/(кг К);

- температура питания, ºС;

- тепловые потери (3% от полезно затрачиваемой теплоты), Вт.

= 56,4 ºС;

= 78,2 ºС;

= 61,5 ºС.

Средняя удельная теплоемкость смеси определяется по уравнению

где - массовая доля НКК в смеси, кг НКК/кг смеси.

Определим тепловую нагрузку теплообменника по формуле (5.3)

5.2 Расчет кожухотрубчатого теплообменника куба-испарителя

Рассчитываем и подбираем нормализованный вид конструкции кожухотрубчатого испарителя ректификационной колонны с G = 1,44 кг/с паров исходного раствора органической жидкости при температуре кипения 77,4° С.

В качестве теплоносителя используем насыщенный водяной пар давлением р = 0,15 МПа, с температурой конденсации 106,1°С.

Тепловая нагрузка аппарата Вт в подразделе 5.1.

Средняя движущая сила

В соответствии с таблицей 2.1 [4] принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор = 800 Вт/(м К). Тогда ориентировочные значения площади теплообменника по уравнению :

_(5.5)

Расход греющего пара, имеющего давление Р=0,15 МПа и влажность 5% по уравнению:

(5.6)

где удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг,

х – степень сухости

где

х =0,95 (принято)

В соответствии с ГОСТ 15119-79 по таблице 2.9 [4], близкую к ориентировочной площади имеет одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха D_кож = 800 мм, диаметром труб d = 252 мм, поверхностью теплообмена F = 109 м₂, числом труб n = 465, числом ходов z = 1, длиной труб L = 3 м.

Запас площади по уравнению :

(5.7)

Так как выбранный теплообменник имеет запас площади 14,37%, что меньше 40%, но больше 10%, то он выбран верно.