 |
|
Виконаємо розрахунок колони з насадкою із кілець Рашига
Діаметр колони визначається залежно від кількості і швидкості пари, що піднімається, яка, своєю чергою, залежить від типу вибраної насадки.
Для невпорядковано засипаних керамічних кілець Рашига розміром 25×25×3 мм згідно з табл. ІІІ. 18 питома поверхня 
і вільний об’єм 
.
Оптимальну швидкість пари, що відповідає початку підвисання, визначаємо за методикою [6].
Критерій Архімеда визначаємо за формулою:
,
де 
– еквівалентний діаметр насадки, що дорівнює 
= 
; 
– в’язкість парів етилового спирту за середнього вмісту 
і відповідній йому температурі 
; за табл. ІІІ. 13 
; 
– середня густина пари; 
– середня густина рідини під час розрахунків критерію Ar, для нижньої і верхньої частин колони густину рідини вибирають відповідно 
і 
.
Критерій Архімеда для верхньої частини колони:
.
Критерій Архімеда для нижньої частини колони:
.
Критерій Рейнольдса для верхньої частини колони
.
Критерій Рейнольдса для нижньої частини колони
.
Швидкість пари, що відповідає початку підвисання рідини для верхньої частини колони:
.
Робоча швидкість пари у верхній частині колони 
.
Швидкість пари, що відповідає початку підвисання рідини для нижньої частини колони:
.
Робоча швидкість пари в нижній частині колони
.
Площа перетину і діаметр зміцнювальної частини колони:
; 
.
Площа перетину і діаметр вичерпної частини колони:
; 
.
Приймаємо діаметр зміцнювальної частини колони 
і вичерпної – 
; під час цього швидкості дорівнюватимуть відповідно:
;
.
Визначимо коефіцієнт змочуваності і товщину плівки. Густина зрошення насадки верхньої частини колони
.
Густина зрошення насадки нижньої частини колони
.
Еквівалентну висоту насадки визначаємо за наближеними формулами (21–59) [7]:
,
де 
– емпіричний коефіцієнт для більшості органічних рідин (за винятком оцтової кислоти); для керамічних кілець діаметром 
= 6 мм приймається 88, для інших діаметрів у формулу добавляється множник 
; 
– діаметр вибраних кілець насадки, мм; 
– молекулярна маса суміші, що розділяється; 
– густина флегми, г/см3; 
– середня температура в колоні °К; 
– коефіцієнт, що враховує змочування насадки (для заданих умов приймаємо для верхньої частини колони 0,4; для нижньої – 0,6).
;
;.
Висота верхньої (зміцнювальної) частини колони
.
Висота нижньої (вичерпної) частини колони
.
Загальна висота колони (насадки)
.
Визначимо гідравлічний опір парового тракту колони.
Гідравлічний опір шару зрошуваної насадки висотою 1 м для системи “пара–рідина” нижчий за точку інверсії визначається за формулами (9–74) [2]:
,
де 
– опір шару сухої насадки висотою 1 м, 
; 
– в’язкість рідини, Па · с (табл. ІІІ. 8), для верхньої частини колони за 
( 
) 
, для нижньої частини колони за 
( 
) 
.
Визначаємо опір верхньої частини колони.
Число Рейнольдса
.
За 
коефіцієнт тертя 
визначається за формулою
Втрата тиску на 1 м висоти сухої насадки:
Опір зрошуваної насадки у верхній частині колони:
.
.
Визначаємо опір нижньої частини колони.
Число Рейнольдса
.
Коефіцієнт тертя
Втрата тиску на 1 м висоти сухої насадки:
Опір зрошуваної насадки у нижній частині колони:
.
.
Загальний опір колони
Визначимо витрату пари на підігрівання суміші в теплообміннику
і на випаровування у колоні
За фазовою діаграмою (рис. ІІІ. 19) знаходимо:
– температуру кипіння вихідної суміші: 
;
– температуру кипіння дистилята: 
;
– температуру кипіння кубового залишку: 
.
Кількість тепла, що вноситься початковою сумішшю:
де 
– питома теплоємність води; 
– питома теплоємність спирта; 
– вміст спирта у вихідній суміші, % за масою.
Тут і надалі питомі теплоємності беруться за табл. ІІІ. 11 і ІІІ. 13.
Кількість тепла, що вноситься в колони гріючою парою:
,
де 
і 
– ентальпія водяної пари і його конденсата за атмосферного тиску, кДж/кг.
Тепло, що вноситься флегмою:
Тепло, що виноситься парою, що піднімається з верхньої тарілки в дефлегматор:
,
де 
і 
– теплоти пароутворення компонентів; – із табл. ІІІ. 12.
Тепло, що виноситься з кубовим залишком:
Тепло, що витрачається на підігрівання вихідної суміші від початкової температури 
до температури кипіння 
:
.
Тут питома теплоємність вихідної суміші 
вибирається за середньою температурою 
(табл. ІІІ. 11).
.
Рівняння теплового балансу для колони
.
Витрата гріючої пари з врахуванням 5 % втрат у довкілля
Витрата охолоджувальної води в дефлегматорі
Витрата охолоджувальної води в конденсаторі
