 |
4.1.4 Тепловой баланс. 4.2 Гидравлический расчёт. 4.2.1 Определение диаметра колонны. 4.2.2 Расчёт колпачковой тарелки
|
|
|
|
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, мПа 
с;
– 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.
|
|
|
