Сопротивление слоя сухой насадки

Re_п^в = 13070 _в = 16/(13070)^0,2 = 2,40

Re_п^н = 9069 _н = 16/(9069)^0,2 = 2,59

Плотность орошения и критерий Рейнольдса жидкости

где выражено в кгс · с/м² : 1 мПа · с = 1/9810 кг·с/м²

Коэффициенты b и А

При расчете сопротивления слоя орошаемой насадки значения коэффициентов α и β находят в [1, c.167]. Для керамических колец размером более 30 мм и А < 0,3 : α = 1 и β = 1.

Р_общ = Р_н + Р_в = 4845 + 4948 = 9793 Па

Коэффициенты b и А

При расчете сопротивления слоя орошаемой насадки значения коэффициентов α и β находят в [1, c.167]. Для керамических колец размером более 30 мм и А < 0,3 : α = 1 и β = 1.

Р_общ = Р_н + Р_в = 4845 + 4948 = 9793 Па

5.2. Режим подвисания

5.2.1. Технологический расчет колонны

Технологический расчет проводится аналогично пунктам 5.1.1.1-5.1.1.9, 5.1.2.1- 5.1.2.9. Результаты расчета сведены в таблицу 5.2

Таблица 5.2

Физические свойства веществ и параметры колонны

№ п/п	Наименование величины	Обозна- чение	Единицы измерения	Значения
				нижняя часть	верхняя часть
1	Молекулярная масса пара			127,885	91,905
2	Плотность пара		кг/м3	4,560	3,431
3	Средний молярный состав пара		-	0,334	0,797
4	Объемный расход пара		м3/с	0,161	0,214
5	Средняя температура пара		оС	68,8	53,5
6	Средняя температура жидкости		оС	64,2	51,4
7	Средний молярный состав жидкости		-	0,242	0,706
8	Плотность жидкости		кг/м3	1458,563	1342,022
9	Объемный расход жидкости		м3/с	1,195·10-3	4,186·10-4
10	Вязкость пара		Па·с	1,178·10-5	1,275·10-5

5.2.2. Определение скорости пара и диаметра колонны

5.2.2.1. Скорость пара при работе колоны в режиме подвисания можно определить, используя уравнение (5.41)

(5.41)

Так как

то

(5.42)

(5.43)

Определим критерий Архимеда для пара верхней и нижней части колонны

Критерий Рейнольдса определим по уравнению (5.41)

Скорость пара в верхней части колонны

и в нижней части колонны

5.2.2.2. Диаметр колонны рассчитывают, используя выражение (5.44)

(5.44)

в верхней части колонны

в нижней части колонны

5.2.2.3. Согласно [6, с.212] выбираем для верхней и нижней части колонны и и производим пересчет скорости пара

= 0,4 м = 0,5 м

5.2.3. Определение высоты ректификационной колонны

5.2.3.1. Определение высоты насадки

Н = h_oy . n_oy (5.45)

h_oy = 28,6 · d_э · Re_п^0,2 · Pr_п^0,65 (5.46)

(5.47)

(5.48)

Определение высоты единиц переноса

(5.49)

_А = _с + 2_s = 14,8 + 2 · 25,6 = 66 см³/моль

_В = _с + 4_Сl = 14,8 + 4 · 24,6 = 113,2 см³/моль

_с = 14,8 см³/атом _Сl = 24,6 см³/атом _s = 25,6 см³/атом [2, с.288]

= 28,6 · 2,23 · 10^-2 · (13070)^0,2 · (0,82)^0,65 = 3,73 м

= 28,6 · 2,23 · 10^-2 · (9069)^0,2 · (0,53)^0,65 = 2,61 м

5.2.3.2. Определение высоты единиц переноса

Число единиц переноса для верхней и нижней части колонны определяем методом графического интегрирования:

а) из точек на оси абсцисс, начиная от х = х_w до х = x_F и от х = x_F до х = x_р, для значений, соответствующих значениям x в таблице 5.3, проводим перпендикуляры к оси ох до пересечения с рабочими линиями нижней и верхней части колонны и линией равновесия. Вертикальные отрезки между назваными линиями (у^* - у) будут являться движущей силой процесса ректификации в определенных точках колонны:

б) вычисляем вертикальные отрезки у^* - у в масштабе диаграммы, берем обратную величину этой разности , составляем таблицу.

Таблица 5.3

Значения	x	y	y*	y* - y	1/( y* - y)
Нижняя часть	0,02	0,02	0,05	0,03	33,33
	0,1	0,13	0,23	0,1	10,0
	0,2	0,27	0,41	0,14	7,14
	0,3	0,42	0,54	0,12	8,33
	0,4	0,555	0,64	0,085	11,76
	0,45	0,63	0,69	0,06	16,67
Верхняя часть	0,5	0,67	0,73	0,06	16,67
	0,6	0,73	0,8	0,07	14,29
	0,7	0,795	0,86	0,065	15,38
	0,8	0,855	0,91	0,055	18,18
	0,9	0,92	0,955	0,035	28,57
	0,95	0,95	0,98	0,03	33,33
Раздел	0,464	0,655	0,7025	0,0475	21,05

Строим график зависимости от у (приложение 11).

в) вычисляем площадь под кривой зависимости от у. Для этого целесообразно подъинтегральную площадь разбить на прямоугольники, трапеции и треугольники.

Для нижней части колонны

S₁ = 126 · 35 = 4410 мм² S₄ = (22+13) / 2 ·20 = 350 мм²

S₂ = 21 · 15 = 315 мм² S₅ = (30+10) / 2 · 20 = 400 мм²

S₃ = 30 · 15 = 450 мм² S₆ = (13 · 96) / 2 = 624 мм²

S₇ = (29 · 15) / 2 = 217,5 мм² S₉ = (10 · 35) / 2 = 175 мм²

S₈ = (31 · 15) / 2 = 232,5 мм²

 S_1-9 = 7174 мм²

Для верхней части колонны

S₁₀ = 60 · 71 = 4260 мм² S₁₄ = (5 · 25) / 2 = 62,5 мм²

S₁₁ = 5 · 10= 50 мм² S₁₅ = (10 · 9) / 2 = 45 мм²

S₁₂ = (36+20) / 2 · 19 = 532 мм² S₁₆ = (12 · 57) / 2 = 342 мм²

S₁₃ = (20+12) / 2 · 20 = 320 мм²

 S_10-16 = 5612 мм²

г) вычисляем масштаб графика

ось х: m₁ = 0,1/20 = 0,005

ось у: m₂ = 10/50 = 0,2

д) определяем число единиц переноса:

для верхней (укрепляющей) части колонны

=  S_10-16 · m₁ · m₂ = 5612 · 0,005 · 0,2= 5,612

для нижней (исчерпывающей) части колоны

=  S_1-9 · m₁ · m₂ = 7174 · 0,005 · 0,2 = 7,174

ж) находим высоту насадки:

высота насадки в верхней части колонны

Н_в = · = 3,73 · 5,612 = 20,93 м

высота насадки в нижней части колонны

Н_н = · = 2,61 · 7,174 = 18,72 м

Н_общ = Н_н + Н_в = 18,72 + 20,93 = 39,65 м

5.2.3.3. Определение высоты колонны

Для определения высоты колонны разобьем насадку на секции по 3 м (7 секций – в верхней части, 6 секций – в нижней)

Н_к = z · n + (n – 1) h_p + z_в + z_н = 3 ·13 + (13 – 1) · 0,5 + 0,6 + 1,5 = 47,1 м

z_в = 0,6 м z_н = 1,5 м [6, с.235]

5.2.4. Тепловой расчет ректификационной колонны

Тепловой расчет ректификационной колонны проводится аналогично подразделу 5.1.5.

5.2.5. Гидравлический расчет ректификационной колонны

Произведем гидравлический расчет колонны согласно [6, с. 167]

(5.50)

(5.51)

(5.52)

(5.53)

(5.54)

(5.55)

(5.56)

Плотность орошения рассчитываем по (5.54)

Критерий Рейнольдса жидкости для верхней и нижней части колонны

где µ_ж выражено в кгс · с/м² : 1 мПа · с = 1/9810 кг·с/м²

Определим сопротивление сухой насадки

= 12935 _в = 16/(12935)^0,2 = 2,41

= 10728 _н = 16/(10728)^0,2 = 2,50

Рассчитаем коэффициенты b и А

Р_о = Р_н + Р_в = 8422 + 26055= 34477 Па