- •Введение
- •1. Выбор и обоснование тепловой схемы установки
- •2. Тепловой и конструктивный расчет колонны
- •2.1 Материальный баланс колонны
- •2.2 Массовые концентрации низкокипящго компонента
- •2.3 Флегмовое число
- •2.4 Определение числа тарелок
- •2.5 Определение числа тарелок графическим путем
- •2.6 Конструктивный расчет колонны
- •2.7 Гидравлический расчет колонны
- •2.8 Тепловой баланс колонны
2.5 Определение числа тарелок графическим путем
Принимаем
На диаграмме откладываем отрезок ОМ = В.
.
MD – рабочая линия укрепляющей части колонны.
Точку пересечения прямой MD с прямой (точка F) соединяем с точкой W.
FW – рабочая линия исчерпывающей части колонны.
Число тарелок определяется следующим построением. Для первой тарелки принимаем . По значению находится на кривой равновесия (рисунок 2.2) значение концентрации жидкости на первой тарелке. Для на рабочей линии находится значение паров поднимающихся со второй тарелки и т.д., до тех пор, пока не будет меньше . Число ступенек на диаграмме будет равно числу теоретических тарелок в колонне. По этому методу теоретическое число тарелок в колонне .
Действительное число тарелок в колонне можно определить пользуясь понятием КПД тарелки по формуле:
, (2.14)
где – средний КПД тарелки, он лежит в пределах 0,2-0,9.
, (2.15)
где - КПД исходной смеси, по готовому продукту и по кубовому остатку. При их определении можно пользоваться их зависимостью от летучести и вязкости смеси, представленной в формуле:
. (2.16)
Летучесть смеси определяется по формуле:
. (2.17)
Вязкость смеси определяется по формуле:
(2.18)
Для исходной смеси ; по [4] при температуре вязкости .
.
.
Для готового продукта ; по [4] при температуре вязкости .
.
.
Для готового продукта ; по [4] при температуре вязкости .
.
.
Средний КПД тарелки:
.
Зная КПД можно определить действительное число тарелок по (2.14):
.
В верхней части 9 тарелок, а в нижней 12.
2.6 Конструктивный расчет колонны
Для определения размеров колонны надо вычислить среднее значение основных параметров паровой смеси и жидкости в колонне. Количество стекающей жидкости в укрепляющей части колонны равно количеству флегмы:
(2.19)
кг/с.
Количество поднимающихся паров:
(2.20)
кг/с.
Количество стекающей жидкости исчерпывающей части колонны:
(2.21)
кг/с.
Средняя молекулярная доля пара в верхней (укрепляющей) части колонны:
(2.22)
.
Средняя молекулярная доля пара в нижней (исчерпывающей) части колонны:
(2.23)
.
Средняя молекулярная доля пара в колонне:
(2.24)
.
По фазовой t-x,y диаграмме находим, что величина соответствует температуре пара .
Средняя плотность пара при этой температуре и давлении по уравнению состояния составляет:
, (2.25)
где R – универсальная газовая постоянная, R=846; Т – абсолютная температура кипения при ; – средняя молекулярная масса пара, имеющего концентрацию .
, (2.26)
где – молекулярная доля метилового спирта при , , .
;
.
Средняя плотность пара:
, кг/м3.
Объёмный расход пара:
(2.27)
м3/с.
Средняя молярная доля жидкости в верхней (укрепляющей) части колонны:
(2.28)
.
Плотность жидкости в верхней части колонны:
, (2.29)
где – плотности низкокипящего (метиловый спирт) и высококипящего (вода) компонентов при температуре жидкости, соответствующей значению . По [4] .
кг/м3.
Средняя молекулярная доля жидкости в нижней (исчерпывающей) части колонны:
(2.30)
.
Плотность жидкости в нижней части колонны:
(2.31)
. По [4] .
кг/м3.
Средняя плотность жидкости в колонне:
(2.32)
, кг/м3.
Объемный расход жидкости в нижней и верхней части колонны:
(2.33)
, м3/с;
, м3/с.
Согласно указаниям [3] принимаем:
диаметр отверстий тарелок мм;
толщина тарелки мм;
шаг отверстий на тарелке мм;
высота сливной планки 30 мм;
расстояние между тарелками мм.
Отверстия размещаются на тарелке по шестиугольнику.
Скорость пара на тарелках:
, (2.34)
где - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колоне. По [4] принимаем .
м/с.
Площадь живого сечения отверстий:
, (2.35)
где – скорость пара в отверстиях, по [3] принимаем 6 м/с, тогда:
м2.
Площадь живого сечения колонны:
(2.36)
м2.
Диаметр колонны:
(2.37)
м.
Выбираем действительный диаметр колонны из стандартного ряда м. Тогда скорость пара:
м/с.
Расстояние между тарелками м, тогда общая активная высота колонны будет равна:
, (2.38)
где - действительное число тарелок;
- расстояние между тарелками;
- высота кубовой части колонны, по [3] принимаем м;
- высота сепарационной части колонны, по [3] принимаем м.
м.