4.1.4 Тепловой баланс

Количество теплоты, выделяющееся при конденсации паров дистиллята, находится по уравнению:

(27)

где – удельная теплота испарения дистиллята, .

Удельную теплоту испарения найдем по формуле:

(28)

Зная мольный состав дистиллята, исходной смеси и кубового остатка, по диаграмме x-y(t) найдем их температуры кипения ,

, .

Зная мольный состав и температуру кипения дистиллята, найдем удельную теплоту испарения: , , значит удельная теплота испарения:

Количество теплоты дистиллята:

Зная температуры кипения дистиллята, исходной смеси и кубового остатка, можно найти (удельные теплоёмкости таблица 6):

(29)

Таблица 6 - Удельная теплоёмкость

Компонент	Удельная теплоемкость,
Хлороформ	1.095	1.105	1.109
Бензол	1.89	1.91	1.913

По уравнению (29):

Количество теплоты, дистиллята, исходной смеси и кубового остатка:

(30)

В соответствии с уравнением (30):

Количество теплоты, которое необходимо подвести в куб-испаритель:

4.2 Гидравлический расчёт

4.2.1 Определение диаметра колонны

Диаметр колонны определяем по объёмному расходу газа (пара):

(31)

где – скорость газа (пара) в колонне, .

Задаемся скоростью газа (пара) и при определённом объёмном расходе газа (пара) рассчитываем диаметр колонны по уравнению (31):

По каталогу принимаем ближайший стандартный диаметр , периметр слива , число колпачков . Задаемся расстоянием между тарелками , диаметр колпачка и площадь прорези колпачка .

4.2.2 Расчёт колпачковой тарелки

По формуле (31) посчитаем действительные скорости в верхней и нижней части колонны:

Максимальные скорости газа рассчитывается формулой:

(32)

где – коэффициент зависящий от типа тарелок; – коэффициент зависящий от давления в колонне; – коэффициент; – линейная плотность орошения, .

Линейная плотность орошения выражается уравнением:

(33)

Зная объёмный расход жидкости определю плотность орошения:

Задаемся коэффициентами , , и определяем максимальную скорость:

Коэффициент :

Рассчитанный коэффициент входит в допустимые пределы .

Скорость газа (пара) в прорезях колпачка определяется по соотношению:

(34)

Рассчитаем скорость газа (пара) в прорезях колпачка:

Минимально допустимая скорость газа (пара) в прорезях колпачка определяется по соотношению:

(35)

где – коэффициент гидравлического сопротивления.

Рассчитаем минимально допустимую скорость:

Максимально допустимая скорость газа (пара) в прорезях колпачка определяется по следующему соотношению и соответствует полному открытию прорезей колпачка:

(36)

В соответствии с уравнением (36) рассчитаем максимальную допустимую скорость:

Т.к. , то следует установить колпачки без зазора. При выполнении этого условия определим степень открытия прорезей по соотношению:

(37)

Для нормальной работы кулачковой тарелки прорези должны быть открыты не меньше, чем на половину, то есть

Рассчитаем и из уравнения (37):

Высота слоя жидкости на тарелке определяется по формулам:

(38)

для верхней и нижней части колонны;

В соответствии с (38) рассчитаем высоту слоя жидкости:

Для выбранной тарелки стандартного диаметра определяем рабочую скорость газа (пара), т. е. скорость газа (пара), отнесённую к единице рабочей площади тарелки :

(39)

Рабочая скорость газа:

Высота светлого слоя жидкости определяется по соотношению:

(40)

где – высота сливной планки; – средняя линейная плотность орошения определяемая следующим уравнением:

(41)

где – плотность орошения (приведённая скорость жидкости), отнесённая к единице рабочей площади тарелки, м³/(м²×с);–средняя длина пути жидкости на тарелке, м.

Средняя длину пути жидкости определяется выражением:

Плотность орошения рассчитываем по формуле:

(42)

Подставляем данные и получим плотность орошения в верхней и нижней части колонны:

Средняя линейная плотность орошения:

В результате посчитаем высоту светлого слоя жидкости:

Высота газожидкостного (барботажного) слоя определяется по формуле:

(43)

где – газосодержание барботажного слоя.

Величина определяется по соотношению:

(44)

где – критерий Фруда определяемый:

(45)

Рассчитаем критерий Фруда:

Рассчитаем величину :

Рассчитаем высоту газожидкостного слоя:

Брызгоунос для колпачковых тарелок рассчитывается по формуле:

(46)

где – брызгоунос;

– высота сепарационного пространства, м;

– массовый расход газа (пара), кг/с;

– рабочая площадь тарелки, м²;

– динамический коэффициент вязкости жидкости, мПас;

– поверхностное натяжение, мН/м;

– скорость газа (пара), отнесённая к единице площади поперечного сечения колонны, м/с.

Высота сепарационного пространства определяемво формуле:

(47)

Рассчитаем высоту сепарационного пространства:

Значение функции равны:

Рассчитываем брызгоунос:

Захлёбывание. Чтобы убедиться в том, что колонна работает без захлёбывания, необходимо проверить скорость жидкости в переливном устройстве. Максимально допустимую скорость жидкости в переливном устройстве выбираем по наименьшей величине рассчитанной по трём соотношениям:

	(48)
	(49)
	(50)

где – коэффициент, значения которого зависят от свойств разделяемой смеси и равен 0,9.

Рассчитаю максимально допустимую скорость жидкости в переливном устройстве по формулам (48), (49) и (50):

Окончательно выбираем максимальную скорость:

Фактическую скорость жидкости в переливном устройстве определяем по соотношению:

(51)

где объемный расход жидкости, площадь сечения перелива, .

Рассчитаем фактическую скорость:

Условие выполняется

Гидравлическое сопротивление тарелки (всех типов) можно определить, как сумму сопротивлений:

(52)

где – сопротивление сухой тарелки, Па;

– сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па;

– сопротивление газожидкостного (барботажного) слоя, Па.