Определение размера колонны

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнения объемного расхода:

, (15)

где V –объемный расход пара, м³/с;

_n – скорость пара, отнесенная к полному поперечному сечению колонны, м/с.

Вследствие различия скоростей и расходов пара в колонне диаметры собой укрепляющей и исчерпывающей частей колонны различаются между собой. Поэтому рассчитываем диаметры для верхней и нижней частей колонны, а дальше выбираем стандартный аппарат одного диаметра по большему из рассчитанных значений и уточняем значения скоростей пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.

Для расчета диаметра колонны необходимо рассчитать следующие параметры: средние мольные доли низкокипящего компонента в жидкости:

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части:

Средние мольные доли низкокипящего компонента в паровой фазе рассчитываются по уравнениям (13) и (14) рабочих линий (при подаче в колонну острого пара) при средних значениях и для верхней и нижней частей колонны.

Средние температуры пара в верхней и в нижней частях колонны определяем по диаграмме t - x,y, построенной по точкам, данным в таблице №1, используя значения и (на линии конденсации).

Средние мольные массы пара для верхней и нижней частей колонны рассчитываются по следующим формулам:

где и - мольные массы низкокипящего компонента и высококипящего компонента.

Средние плотности пара в верхней ( и нижней ) частях колонны рассчитываются по уравнению Клайперона:

где Т_о=273 К, а Р₀=760 мм.рт.ст. - параметры, соответствующие нормальным условиям; Т_ср=(t_ср+273) К - средняя температура пара в верхней и нижней частях колонны;

Р - рабочее давление в колонне, мм.рт.ст.

Данная колонна работает при атмосферном давлении, то мы можем принять Р=Р₀.

Средние температуры жидкости в верхней и нижней частях колонны также определяем по t - x,y диаграмме по значениям и на линии кипения.

При и , применяя линейную интерполяцию определяем плотности воды , и плотности этилового спирта , .

Средние массовые доли низкокипящего компонента в жидкости определяются по следующим формулам:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны рассчитываются по следующим уравнениям:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Учитывая, что в нижней и верхней частях колонны >> , рекомендуемую скорость пара для обеих частей колонны рассчитывают по формуле:

=С

где С – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния h между ними, рабочего давления в колонне и нагрузки колонны по жидкости, определяют по рис. 7.2. [3].

Расстояние h между тарелками выбираем по ГОСТу из табл. 14.14. [2].

Объемный расход проходящего по колонне, работающей при атмосферном давлении, пара при средней температуре в колонне =[( ]+273 К составит:

После расчета по уравнению (15) диаметров колонны для верхней и нижней частей по большему значению диаметра в соответствии с имеющимися нормалями [2,стр 211] выбираем тип колонны с . По выбранному диаметру уточняем значения скорости пара в колонне и выписываем основные конструктивные размеры колонны.

Высота тарельчатой части колонны (расстояние между верхней и нижней тарелками) равна:

где

n – общее число тарелок в колонне, рассчитанное в п.1.5.

Общая высота колонны:

, где

– высота нижней (кубовой) камеры;

– высота верхней (сепарационной) камеры.

Ориентировочно принимают:

Где - диметр аппарата выбранного по нормалям.

Расчёт:

Средняя массовая доля низкокипящего компонента в жидкости в верхней части колонны:

Средняя массовая доля низкокипящего компонента в жидкости в нижней части колонны:

Средняя мольная доля низкокипящего компонента в паровой фазе в верхней части колонны:

R - рабочее флегмовое число(определено при оптимизации процесса на ЭВМ)

Средняя мольная доля низкокипящего компонента в паровой фазе в нижней части колонны:

где R - рабочее флегмовое число(определено при оптимизации процесса на ЭВМ)

F – относительный (на 1 кмоль дистиллята) мольный расход питания (исходной смеси)

Средние температуры пара в верхней и в нижней частях колонны определяем по диаграмме t - x,y, построенной по точкам, данным в таблице №1, используя значения и (на линии конденсации).

Средняя мольная масса пара для верхней части колонны:

где и - мольные массы низкокипящего компонента и высококипящего компонента.

Средняя мольная масса пара для нижней части колонны:

Средняя плотность пара в верхней части колонны:

- средняя температура пара в верхней части колонны:

=(t_ср+273) К

Средняя плотность пара в нижней части колонны:

- средняя температура пара в нижней части колонны:

=(t_ср+273) К

94,25+273 367.25 К

Средние температуры жидкости в верхней и нижней частях колонны также определяем по t - x,y диаграмме по значениям и на линии кипения.

При и , применяя линейную интерполяцию, по табл.ХХХlХ [3] определяем плотности воды , ,а по табл.lV [3] плотности этилового спирта , .

Средняя массовая доля низкокипящего компонента в жидкости в верхней части колонны:

Средняя массовая доля низкокипящего компонента в жидкости в нижней части колонны:

Средняя плотность жидкости в верхней части колонны:

Средняя плотность жидкости в нижней части колонны:

Рекомендуемая скорость пара для верхней части колонны:

=С

где С=0,028 - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок. Расстояние между тарелками h=250

Скорость пара для нижней части колонны:

Объемный расход проходящего по колонне, работающей при атмосферном давлении, пара при средней температуре в колонне =[( ]+273 К составит:

=[( ]+273 К

=[(97,35+94,25)/2]+273

мольный расход дистиллята

мольная масса дистиллята

Диаметр для верхней части колонны:

Диаметр для нижней части колонны:

После расчета диаметров колонны для верхней и нижней частей по большему значению диаметра в соответствии с имеющимися нормалями [2,стр 211] выбираем тип колонны с .

Тип тарелки ТСК-Р (ОСТ 26-808-73)

Диаметр колонны

По выбранному диаметру уточняем значения скорости пара в колонне и выписываем основные конструктивные размеры колонны.

Высота тарельчатой части колонны (расстояние между верхней и нижней тарелками) равна:

где

n – общее число тарелок в колонне, рассчитанное в п.1.5.

Общая высота колонны:

, где

– высота нижней (кубовой) камеры;

– высота верхней (сепарационной) камеры.

Ориентировочно принимаем:

Где - диметр аппарата выбранного по нормалям.