165914 (624897), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Плотность воды при температуре t0 = 830C равна вод = 972 кг/м3 (см. [1] стр.512, табл. XXXIX), ацетона - 719 кг/м3, спирта - 735 кг/м3.
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
1/
а2 = 
.1/ 
= 0,95.58.1/56 = 0,98
= 752 кг/м3
,
где С - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстоянии между ними, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости и др.
Принимаем расстояние между тарелками h = 0,4м, тогда С = 0,059 (см. [1], стр.301, рис.7-2).
Скорость пара в верхней части колонны
Диаметр укрепляющей части колонны вычисляем по формуле
,
где Dм - массовый поток пара.
Массовый поток пара Dм изменяется по высоте колонны, его значение определяется по мольному потоку пара D и значению молярной массы М паровой смеси:
Dм =D М2,
где D = П(R + l) = 0,009 (3,75 + l) = 0,043
Мольный поток пара D постоянен по высоте колонны.
Тогда
Dм =D М2 = 0,043 56 = 2,41 кг/c
Диаметр укрепляющей части колонны равен
.
диаметр колонны по условиям низа
Находим плотность пара в отгонной части колонны
.
Скорость пара в отгонной части колонны
Массовый поток пара Dм в отгонной части колонны
Dм =D М0 = 0,04352,4 = 2,25 кг/ c.
Тогда диаметр отгонной части колонны будет равен
Диаметр укрепляющей и отгонной частей колонны принимаем одинаковыми и равными dк = 1600 мм (см. [3] стр.9-10).
Определение числа тарелок и высоты колонны
По способу работы массообменные тарелки делятся на ситчатые, колпачковые, провальные и струйно-направленные. Диапазон тарелок, применяемых в колонной аппаратуре, составляет 200-8000 мм - в соответствии с диаметрами колонн, для которых они предназначаются. Количество тарелок в колонне бывает обычно не менее 20 - 30, а в отдельных случаях доходит до 80 штук и более. Расстояние между тарелками зависит в основном от физико-химических свойств разделяемой смеси и бывает от 60 до 600 мм и более. Тарелки малых размеров выполняются цельными, тарелки больших размеров - большей частью составными (разборными) из отдельных секций, соединенных между собой болтами и другими крепежными приспособлениями. Тарелки характеризуются нагрузками по пару и жидкости, относительная величина которых, в зависимости от разделяемой смеси, может значительно отличаться друг от друга.
Определение числа тарелок
Для определения теоретического числа тарелок необходимо на диаграмме х - y построить рабочие линии укрепляющей и отгонной частей колонны так, как это указано в разделе 1.5.
В итоге получаем 
Число реальных тарелок рассчитывается по уравнению
где 
- КПД тарелок, учитывающий реальные условия массообмена на тарелках.
Высота тарельчатой части
Нт = (n - 1) h = (14 - 1) 0,4 = 5,2м
Высота колонны.
Н = Нт + Нс + Нк
где Нс = 0,5 м - высота сепарационной части,
Нк = 1,5 м - высота кубовой части колонны
Н = 5,2 + 0,5 + 1,5 = 7,2 м.
Гидравлический расчет тарелок
Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки: диаметр отверстий d0=4мм высота сливной перегородки hп=50мм. Свободное сечение тарелки11% от общей площади тарелки. Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в нижней и верхней части колонны по уравнению
где - сопротивление сухой тарелки,
- сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения,
пж - сопротивление парожидкостного слоя на тарелке
верхняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
= 
где 
- скорость пара в прорезях колпачка (из расчета верха колонны);
- коэффициент сопротивления, равный для колпачковых тарелок …4,8 (см. [1] стр.28).
= 0,935
- средняя плотность пара в верхней части колонны
Fc = 0,109
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки равно
= 
= 4,8.0,69.0,935/ 2.0,1092 = 130,3 Па
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения
где = 21,510-3 Н/м - поверхностное натяжение жидкости при 
(см. [1] стр.526)
= 4fпр. /П (где fпр. и П – площадь и периметр прорези).
fпр. = 3,14. dк. h = 2h (h – высота подъема колпачка) h = 0.01м(см. [7] стр.214)
=2.0,01 = 0,02 м.
Статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке
(см. [1] стр.28)
где 
= 0,5 – относит. Плотность пены (см. [1] стр.28)
h = hж - hпер - высота уровня жидкости над сливным порогом
hпер = 0,06м - высота сливной перегородки (см. [7] стр.214)
hж = hw + how - высота слоя жидкости на тарелке.
Примем hw = 0,06 м, h0w = 0,029 
Wв – плотность орошения через сливную планку. Wв = Wч/В
Часовой расход в верхней части колонны
Wч = ПR/ .3600 =(0,5.3,75/ 752).3600 = 9,0 м3/ч
В = 1,238 м – периметр слива (см. [7] стр.214)
Wв = 9,0/1,238 = 7,27 м3/ч
h0w = 0,029. 
= 0,011м h =0,011м
1,3.0,5.752(0,02 + 0,015 +0,011) 9,81 = 220,6Па
130,3 +4,3 +220,6 = 355,2Па
нижняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
=
.
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения
где = 24,910-3 Н/м (см. [1] стр.526) - поверхностное натяжение жидкости при 
=5Па
Статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке
где
Wв = Wч/В
Wч = W0R/ .3600 =(1,58.3,75/ 769).3600 = 27,74 м3/ч
В = 1,238 м
Wв = 27,74/1,238 = 22,41 м3/ч
h = h0w = 0,029 
Тогда
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны
143,5+5+284,4=432,9Па
Тепловой расчет ректификационной колонны.
Конденсатор-дефлегматор
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в конденсаторе-дефлегматоре находим по уравнению
где 
- удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре.
Удельные теплоты конденсации ацетона и воды при 
(см. [1], стр.541, табл. XLV).
Тогда
Куб-испаритель
Расход тепла, получаемого в кубе-испарителе от греющего пара равен
Находим теплоемкости ацетона, изопропил. спирта и воды (см. [1], стр.537, 562).
; 
; 
; 
Тогда
Паровой подогреватель смеси
Расход тепла в паровом подогревателе смеси
(t1 - tнач)
где tнач = 200C
удельная теплоемкость исходной смеси при средней температуре tср = (t1 + tнач) /2 =
(см. [1] стр.537, стр.562)
Тогда
(t1 - tнач) = 2,082,85.43 = 254,9 кДж /c
Водяной холодильник дистиллята.
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята.
(t2 - tкон)
где tкон = 250С
удельная теплоемкость дистиллята при средней температуре tср =
(см. [1] стр.562)
Тогда
(t2-tнач) = 0,52,28(56 - 30) = 29,64
Находим расход охлаждающей воды
где tк = 400С
tн = 200С
где 
= 1000
(см. [1], стр.172, табл.4-6).
По данным [4] стр.413, принимаем одноходовый теплообменник ТН со следующи
ми характеристиками: d nтр =25*2мм, l nтр =2,5м, F=2,5м2 n = 61
Водяной холодильник кубового остатка.
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка.
(t0 - tкон)
где tкон = 300С
удельная теплоемкость кубового остатка при средней температуре tср =
Тогда
(t0 - tнач) = 1,583,27.53 = 273,83
Находим расход охлаждающей воды
где tк = 600С
tн = 200С
где = 1000 (см. [1], стр.172, табл.4-6).
По данным [4] стр.413, принимаем одноходовый теплообменник ТН со следующи
ми характеристиками: d nтр =25*2мм, l nтр =4м, F=20м2 n = 61
Расход греющего пара.
в кубе - испарителе
где - удельная теплота конденсации греющего пара.
Давление греющего пара 
тогда 
и 
(см. [1], стр.550, табл. LVII).
Тогда
в подогревателе исходной смеси
Всего: 0,74 + 0,35 = 1,09
Расчет и подбор теплообменной аппаратуры
Расчет подогревателя исходной смеси
В кожухотрубных подогревателях в трубное пронстранство поступает исходная смесь, а в межтрубное пространство подается теплоноситель - водяной пар.
Примем начальную температуру исходной смеси равной температуре воздуха в летнее время в районе строительства: t=200C
Средняя разность температур
Error: Reference source not found
где tБ = tгр. п - tнач = 142,9 - 20 = 122,90С
tм = tгр. п - tкон = 142,9 – 63 = 79,90С
Тогда
Определяем значение поверхности теплообмена
где 
- ориентировочный коэффициент теплопередачи
(см. [1], стр,172, табл.4-6)
м2
По данным [4] стр.413, принимаем одноходовый теплообменник ТЛ со следующи
ми характеристиками: d nтр =25*2мм, l nтр =2,5м, F=12,5м2 n = 61
.
Расчет конденсатора-дефлегматора
Находим расход охлаждающей воды в дефлегматоре
где tк = 400С
tн = 200С Vв = Gв/в = 17,5/996 = 0,018м3/c
в = 996 кг/ м3 при t = 300C – ср. темп. воды (см. [1] стр.537)
Средняя разность температур 
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
