Расчет ректификационной колонны (стр. 4 из 5)

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Определяем скорость пара в колонне по уравнению:

Диаметр ректификационной колонны рассчитываем по формуле:

м

м

Берем диаметр колонны D = 3600 мм.

Тогда скорость пара в колонне будет равна:

м/с

4.3 Гидравлический расчет тарелок

Выбираем тарелку типа ТС - Р [приложение 2, стр. 118].

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки:

Диаметр отверстий d_o = 4 мм

Высота сливной перегородки h_П = 40 мм

Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от общей площади тарелки.

Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20% от общей площади тарелки.

Периметр слива П = 3.1 м.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части и в нижней части колонны по уравнению:

где Δp_сух - сопротивление сухой тарелки;

Δp_б - сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения;

Δp_гж - сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

А) в верхней (укрепляющей) части колонны:

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

где

- коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10%;

скорость пара в отверстиях тарелки.

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

где

- поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 100 °С; d₀ = 0-004 м - диаметр отверстий тарелки.

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

где

отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным 0.5.

h_пж - высота парожидкостного слоя (пены) вычисляется по формуле:

где Δh высота слоя над сливной перегородкой рассчитывается по формуле:

где

объемный расход жидкости,

П - периметр сливной перегородки.

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

где М_ср средняя мольная масса жидкости, кг/кмоль;

М_D мольная масса дистиллята, кг/кмоль.

Ширину переливного порога находим, решая систему уравнений:

где R=1.8 м радиус тарелки; П=3.1 м - периметр сливной перегородки.

Найдем ширину переливного порога b:

Находим Δh:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

Б) в нижней (исчерпывающей) части колонны:

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

где

поверхностное натяжение жидкости при =100°С.

Объемный расход жидкости в нижней части колонны, рассчитывается по формуле:

где М_Fмольная масса жидкости питания, кг/кмоль

М_ср средняя мольная масса жидкости, кг/кмоль

Высота слоя над сливной перегородкой:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0.5 м необходимое условие для нормальной работы тарелок:

>

Для тарелок нижней части, у которых общее гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части:

<

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.

Проверим равномерность работы тарелок - рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях

, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:

Рассчитанная скорость

меньше рассчитанной ранее скорости , следовательно, тарелка будет работать всеми отверстиями.

4.4 Определение числа тарелок и высоты колонны

Число тарелок рассчитывается по уравнению:

где η =средний К.П.Д. тарелок

Для определения среднего К.П.Д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов:

и коэффициент динамической вязкости исходной смеси ц при средней температуре в колонне, равной

°С

При этой температуре давление насыщенного пара воды Рв = 867.88 мм.рт.ст., уксусной кислоты Рук = 474.15 мм.рт.ст, откуда

Динамический коэффициент вязкости воды при 101°С равен 0.2838 мПа*с , уксусной кислоты 0.4916 мПа*с. Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси

V, стр556].

Тогда

По графику [Рис. 7.4, стр. 323] находим значение

.Длина пути жидкости на тарелке:

По графику [рис. 7.5, стр. 324] находим значение поправки на длину пути Δ=0.2375 Средний К.П.Д. тарелок находим по уравнению:

Число тарелок определяем аналитическим методом, используя табличный процессор Excel. Система уравнений позволяющая определить число тарелок, а также составы пара и жидкости, покидающих каждую из тарелок, включает в себя уравнение равновесия