Расчет ректификационной колонны

t_В=100,49 ^оС

t_Н=107,01 ^оС 

       Средние молярные массы пара в верхней М_В и нижней М_Н частях колонны:

 

       

      Средние давления в верхней и нижней частях колонны: 

 

      Средние плотности пара в верхней и нижней частях колонны: 

 

 
 

      Средние плотности флегмы в верхней и нижней частях колонны: 

откуда  =676 кг/м³

откуда  =746 кг/м³ 

      Принимаем расстояние между ситчатыми тарелками h = 0,4 м, тогда значение коэффициента С равно 0,058.

       Средние объемные расходы пара в верхней V_в и нижней V_н частях колонны: 

 

        Максимально допустимая линейная скорость пара в верхней и нижней частях колонны: 

 

 

        Диаметр колонны в верхней D_В и нижней D_Н частях рассчитывается по уравнениям:  

 

 

       Поскольку диаметры обеих частей колонны близки, принимаем диаметр колонны D одинаковым, для всего аппарата. В соответствии с нормальным рядом диаметров колонн (ГОСТ 9617-76) принимаем D = 2 м.

       Фактическая скорость пара в верхней и нижней частях колонны составит: 

       По ОСТ 26-01-108-85 принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d₀ = 4 мм, высота сливной перегородки h_n = 40 мм; свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) -10 % от общей площади тарелки; площадь, занимаемая двумя сегментными переливными устройствами - 20 % от общей площади тарелки. 
 

        1.7.2 Расчет верхней части колонны 
 

        Скорость пара в отверстиях тарелок: 

        Коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок = 1,75. Тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки: 

 

        Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: 

 

         Периметр сливной перегородки П = 1,28 м [ОСТ 26-01-108-85]. Принимаем отношение плотности парожидкостного слоя (пены) на тарелке к плотности жидкости = 0,5.

         Средний объемный расход флегмы в верхней части колонны: 

 

        Высота слоя над сливной перегородкой: 

 

        Высота парожидкостного слоя на тарелке: 

 

      Сопротивление парожидкостного слоя: 

 

      Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны: 

 
 

        
 

      

        1.7.3 Расчет нижней части колонны 
 
 

        Скорость пара в отверстиях тарелки: 

 

 

        Средний объемный расход флегмы в нижней части колонны: 

 

 

 

       Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны: 

 

       Проверим, соблюдается ли при h=0,4 м необходимое условие для нормальной работы тарелок:

- в верхней  и нижней частях колонны:

- для  тарелок верхней части колонны: 

- для  тарелок нижней части колонны:

 

       Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается, и расстояние между тарелками h = 0,4 м обеспечивает нормальную работу переливных устройств. 
 

       1.7.4 Расчет скорости пара 
 

       Рассчитаем минимальную скорость пара в отверстия, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями: 

- для  верхней части колонны: 

 

- для  нижней части колонны: 

 

       Фактические скорости в отверстиях тарелок _отв и _отв больше минимальных и , следовательно, все отверстия тарелок будут работать равномерно. 
 

       1.7.5 Расчет величины брызгоуноса 
 

       Величина межтарельчатого  уноса жидкости е_у определяется по уравнению:

 

где A, , - коэффициенты; h - глубина барботажа; -скорость пара в колонне; - эффективная рабочая площадь тарелки.

       Для отношения -

       Для ситчатых тарелок h h =0,04 м; при h 0,4 м, А = 0,159, = 0,95, = 0,9.

       Величина S определяется из уравнения: 

где , - соответственно поверхностное натяжение и плотность жидкости; -соответственно вязкость и плотность пара.

        Средняя вязкость паров : 

где M_HKK, _HKK - соответственно относительная молекулярная масса и вязкость паров гептана; М_вкк, _вкк - соответственно относительная молекулярная масса и вязкость паров толуола. 

откуда  .

откуда  . 

 

  жидкости на/кг пара. 

 жидкости на/кг пара. 

      1.7.6 Определение реального числа тарелок 
 

       Коэффициент относительной летучести для средней температуры в верхней части колонны составляет: 

        Вязкость флегмы :

откуда 

Находим по графику  =0,5.

        Аналогично находится коэффициент полезного действия в нижней части колонны = 0,49.

        Число реальных тарелок в верхней n и нижней m частях колонны:

     Рассчитанные значения гидравлического сопротивления тарелок и незначительно отличаются от принятых в начале расчета (соответственно 480 и 600 Па). Также близки значения рассчитанного (40+20=60) и принятого (30+30=60) числа реальных тарелок в колонне. Поэтому никакие корректировки в расчет колонны вносить не следует. 
 

     1.7.7 Определение высоты колонны 
 

        Число реальных тарелок и расстояние между ними определяет высоту тарельчатой части колонны: 

 

        Высота зоны питания и расстояние от крышки до первой тарелки концентрационной части определяются конструктивно:

        Расстояние от днища до первой тарелки отгонной части рассчитывается исходя из условия запаса для 15 - 20 - минутной работы насоса, откачивающего кубовую жидкость, а случае прекращения поступления сырья в колонну:

                        

         Высота опоры колонны рассчитывается в зависимости от диаметра колонны:

        Общая высота колонны: 

 
 
 
 
 
 

     

       1.8 Определение диаметров штуцеров 
 

        Плотности жидких продуктов холодного орошения _х, сырья и кубового остатка рассчитываются в зависимости от температуры и состава: 

 откуда   

 откуда   

 откуда 

         Плотности паров, поступающих из кипятильника колонны , и паров, уходящих с верха колонны , рассчитываются при соответствующих температурах и давлениях: 

 

         Диаметр штуцера А для выхода паров из колонны в дефлегматор:

         Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_A =400 мм  

        Диаметр штуцера В для входа холодного орошения:

         Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_B =100 мм. 

         Диаметр штуцера С для ввода сырья:

          Принимаем по ГОСТ 12821-80: d_c = 60 мм.