Расчет ректификационной установки (стр. 3 из 4)

Х-Х*	Y-Y*	m	К_у	n_оу	С_у
0,917-0,85	0,96-0,93	0,447	0,02898	0,931	2,53	1,58
0,85-0,75	0,93-0,88	0,5	0,02898	0,931	2,53	2,57
0,75-0,6	0,88-0,765	0,76	0,02898	0,931	2,53	3,35
0,6-0,5	0,765-0,665	1	0,02898	0,931	2,53	3,16
0,5-0,35	0,665-0,53	0,9	0,02898	0,931	2,53	1,97
0,35-0,2	0,53-0,325	1,36	0,02896	0,930	2,53	2,17
0,2-0,1	0,325-0,16	1,65	0,02894	0,929	2,53	1,97
0,1-0,0366	0,16-0,055	1,6	0,02894	0,929	2,53	2,37

3.3.4 Высота тарельчатой части колонны

Где h - расстояние между тарелками, мЖ

N - число действительных тарелок. Таким образом,

Н_Т = 0,6 (28-1) = 16,2 м.

3.3.5 Общая высота колонны

где

Н_{к. в.,} Н_{к. н.}- высота цилиндрической части колонны над и под тарелками.

3.4 Тепловой расчёт

Эта часть расчёта содержит: определение расхода греющего пара на куб колонны, расчёт поверхности теплопередачи и размеров подогревателя кубы колонны, толщины слоя изоляции.

3.4.1 Определение расхода греющего пара

Составляем тепловой баланс колонны.

Приход тепла: с исходной смесью

где

Расход тепла: с паром, направляющимся из колонны в дефлегматор

3.4.2 Определение поверхности теплоотдачи испарителя

Поверхность нагрева испарителя определяется из основного уравнения теплоотдачи. В это уравнение в этом случае подставляются:

3.4.3 Определение толщины слоя изоляции

Толщину слоя изоляции определяют по упрощённому уравнению для плоской стенки

3.5 Конструктивный расчёт тарельчатых ректификационных колонн

Колпачковая тарелка включает в себя следующие основные детали: паровые патрубки, колпачки, сливные патрубки или переточные пороги.

При определении количества паровых патрубков, колпачков и количества сливных патрубков вначале производят проверочный расчёт, а затем по нормалям НИИХИММАШа выбирают их окончательные размеры и число. Живое сечение φ₀ всех паровых патрубков на тарелках принимается равным 10-20% от живого сечения колонны. Диаметры паровых патрубков по нормалям НИИХИММАШа рекомендуется брать при изготовлении их из углеродистых сталей 57/3,5 и 70/4 и из нержавеющих сталей 57/3 и 70/3 мм.

Задавшись диаметром парового патрубка, определяют их количество на тарелке:

где F_n - общее сечение паровых патрубков, м²;

ƒ_n - сечение одного патрубка, м².

Скорость пара в паровом патрубке должна быть в пределах 3-8 м/с. Поэтому необходимо делать проверочный расчёт и определить фактическую скорость пара. Если она не лежит в допустимых пределах, необходимо задаться новым диаметром патрубка и сделать перерасчёт.

Диаметр колпачка вычисляют из условия равенства скорости пара в патрубке и в кальциевом сечении между паровым патрубком и колпачком:

где d_n - толщина стенки патрубка (1¸3 мм).

Возвышение колпачка над паровым патрубком, мм:

Возвышение нижнего края зубца колпачка под тарелкой S_к= 5 мм. Возвышение уровня жидкости над верхним обрезом прорезей колпачков h_ср = 15-40 мм.

Размеры прорезей в колпачках лежат в пределах:

l - высота - 10-50 мм;

b - ширина - 2-7 мм.

Расстояние между прорезями - 3-4 мм.

При размещении колпачков на вершинах правильных треугольников минимальный шаг колпачков рассчитывают по зависимости:

где l₂ - минимальный зазор между колпачками (12,5¸0,25 мм),

d_к- толщина стенки колпачка (1¸3 мм).

Диаметр сливного патрубка, мм:

где w_сл - скорость жидкости в сливном патрубке, м/с (можно принять 0,1-0,2 м/с).

Высота уровня жидкости над сливным патрубком:

Расстояние от нижнего торца сливного патрубка до тарелки:

S₁ = 0,25∆h

Возвышение верхнего торца сливного патрубка над тарелкой:

Расстояние от оси сливного патрубка до оси ближайшего колпачка:

3.6 Гидравлическое сопротивление ректификационных колонн

3.6.1 Гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки

Гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки слагается из сопротивления сухой тарелки при открытых прорезях ∆Р₁, сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения ∆Р₂, гидростатического давления столба жидкости над верхним обрезом прорези ∆Р₄, Па.

w_n - скорость пара в прорезях колпачка, находится в пределах 2-8 м/с; для колонн, работающих под вакуумом - в пределах 0,8-3 м/с;

ξ - коэффициент сопротивления (ξ = 1,5-2)

3.6.3 Общее гидравлическое сопротивление колонны

Для проверки правильности принятого расстояния между тарелками можно воспользоваться эмпирическим соотношением:

4. Расчёт дефлегматора

Предварительно выбирают вариант с частичной или полной конденсацией пара в дефлегматоре.

4.1 Определение расхода охлаждающей воды на дефлегматоре

Для определения этой величины необходимо составить тепловой баланс дефлегматора, включающий следующие величины.

Приход тепла:

с охлаждающей водой

с паром из колонны

Расход тепла:

с дистиллятом

Уравнение теплового баланса дефлегматора:

4.2 Поверхность теплопередачи дефлегматора

5. Подогреватель исходной смеси

Исходная смесь подогревается чаще всего в трубчатом теплообменнике насыщенным водяным паром до температуры кипения на питающей тарелке.

5.1 Количество тепла для подогрева исходной смеси

Количество тепла для подогрева исходной смеси определяется в Вт:

5.2 Расход греющего пара на подогреватель

Расход греющего пара на подогреватель определяется в кг/с:

5.3 Поверхность нагрева подогревателя

6. Выбор питающего насоса

Выбор питающего насоса производится в зависимости от свойств подогреваемой смеси.

Основными типами насосов, используемых в химической технологии, являются центробежные, осевые, поршневые. Для проектируемой ректификационной установки используем центробежный насос. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора Н_л, мощности N_н при заданной подаче жидкости Q_п, перемещаемой насосом. Далее по найденному напору и производительности насоса определяем его марку, а по величине мощности на валу N_п - тип электродвигателя к насосу.

Мощность на валу насоса

Напор насоса

Геометрическая высота подъёма жидкости Н_r равна высоте исчерпывающей части ректификационной колонны: