 |
|
Расчет числа тарелок
Средний КПД тарелки
Вязкость жидкости на питающей тарелке:
lnm = х×lnmA + (1 – x)×lnmB (39)
где mА = 0,44 мПа×с – вязкость этанола;
mВ = 0,31 мПа×с – вязкость воды;
lnmж = 0,22×ln0,44 + (1 – 0,22)×ln0,31.
Откуда m = 0,33 мПа×с.
Коэффициент относительной летучести:
a = рА/рВ (40)
a=1120/525 = 2,13
где рА = 1120 мм рт.ст. – давление насыщенного пара этанола;
рВ = 525 мм рт.ст. – давление насыщенного пара воды.
Произведение am = 2,13×0,33 = 0,704
По диаграмме для приближенного определения КПД тарелки (рис 10) находим значение h=0,56.
h
am
Рис 10 – Диаграмма для приближенного определения КПД тарелки
Тогда число тарелок:
· в верхней части колонны
nв = nвТ/h (41)
nв = 6/0,51 = 12;
· в нижней части колонны
nн = nнТ/h (42)
nн = 3/0,51 = 6.
Высота колонны
Принимаем расстояние между тарелками Нт = 300 мм, тогда высота нижней и верхней части составит:
Нн = (Nн – 1)Нт (43)
Нн = (6 – 1)×0,3 = 1,5 м;
Нв = (Nв – 1)Нт (44)
Нв = (Nв – 1)Нт = (12 – 1)×0,3 = 3,3 м.
Толщина тарелки – 0,04 м;
Высота сепарационного пространства – 0,7 м;
Высота кубового пространства – 2,3 м;
Высота опоры – 1,2 м;
Общая высота колонны:
Н = 1,2 + 2,3 + 0,7 + 18·0,04+ 3,3 + 1,5 =9,6 м
Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
DРс = xwп2 rп / (2j2) (45)
где j = 0,10 – относительное свободное сечение тарелки;
x = 1,5 – коэффициент сопротивления тарелки (Приложение Е).
· нижняя часть:
DРсн = 1,5×1,682×1,037 / (2×0,1002) = 219,51 Па
· верхняя часть:
DРсв = 1,5×1,812×0,983 / (2×0,1002) = 241,53 Па
Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения
s = 0,5(sА + sВ) (46),
где sА = 0,017 Н/м - поверхностное натяжение этанола;
sВ = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды.
s = 0,5×(0,017 + 0,059) = 0,038 Н/м
DРб = 4s/dэ (47)
где dэ = 0,005 м – диаметр отверстий.
DРб =4×0,038/0,005 = 30,4 Па
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя
DРсл = grжh0 (48)
где h0 –высота светлого слоя жидкости на тарелке.
h0 = 0,787q0,2hп0,56wТm[1 – 0,31exp(– 0,11m)](sж/sи)0,09 (49)
где q = L/rП – удельный расход жидкости;
П = 0,57 м – периметр сливного устройства;
hП = 0,03 м – высота сливного порога;
wт = wпSк/Sт – скорость пара отнесенная к рабочей площади тарелки;
sв = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды
m – показатель степени m = 0,05 – 4,6hп = 0,05 – 4,6×0,03 = – 0,088
· нижняя часть:
hон = 0,787×[1,56/(928,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,81×0,502/0,41) – 0,088´
´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,022 м
· верхняя часть:
hов = 0,787×[0,39/(837,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,68×0,502/0,41) – 0,088´
´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,017 м
DРн.сл = 928,77×9,8×0,022 = 198,49 Па
DРв.сл = 837,77×9,8×0,017 = 139,57 Па
Полное сопротивление тарелки
DР = DРс + DРб· + DРсл (50)
DРн =219,51 + 30,40 + 198,49 = 448,40 Па
DРв = 241,53 + 30,40 + 139,57 = 411,5 Па
Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны
DРк = 448,40×6 + 411,5×12 =7629,6 Па
Тепловой расчет колонны