3. Конструктивный расчёт колонны

Для определения размеров колонны надо вычислить среднее значение основных параметров паровой смеси и жидкости в колонне. Количество стекающей жидкости в укрепляющей части колонны равно количеству флегмы. Количество поднимающихся паров:

, кг/с;

, кг/с.

Количество стекающей жидкости исчерпывающей части колонны:

, кг/с.

По рабочей линии y-x– диаграммы определяем состав пара в т.F, соответствующего составу переходной смеси, затем находим среднюю молекулярную долю пара в верхней части колонны:

.

Средняя молекулярная доля пара в нижней части колонны:

.

Средняя молекулярная доля пара в колонне:

.

По фазовой t-x,yдиаграмме находим, что величинаy_ср=0,56 соответствует температуре параt_n=105.5⁰С. Средняя плотность пара при этой температуре и давлении р=10⁴Па по уравнению состояния составляет:

,

где R– универсальная газовая постоянная,R=846; Т – абсолютная температура кипения приy_ср=0,56; μ_н– средняя молекулярная масса пара , имеющего концентрациюy_ср.

,

где μ_а – молекулярная доля воды в жидкости при y_ср=0,56, , .

;

.

Средняя плотность пара:

, кг/м².

Объёмный расход пара:

, м³/с.

Средняя молярная доля жидкости в верхней части колонны:

.

Плотность жидкости в верхней части колонны:

, кг/м²;

где ρ_нк и ρ_вк – Плотности низкокипящего (уксусная кислота) и высококипящего (вода) компонентов при t=105,5 ⁰С. Средняя молекулярная доля в нижней части колонны:

.

Плотность жидкости в исчерпывающей части колонны:

, кг/м².

Средняя плотность жидкости в колонне:

, кг/м².

Объемный расход жидкости в нижней и верхней части колонны:

, м³/с;

, м³/с.

Диаметр отверстий тарелок принимаем 4 мм, толщина δ=(0,5÷0,8)d_отв, принимаем δ=3 мм. Шаг отверстий на тарелкеt=(2.5÷5)d_отв=12мм.

Отверстия размещаются по шестиугольнику. Высота сливной планки 40 мм. Скорость пара на тарелках должна быть ниже предельной скорости, зависящей от расстояния между тарелками, которые принимаем 300 мм.

Площадь живого сечения отверстий:

;

ω_отв– скорость пара в отверстиях, принимаем 9 м/с, тогда:

, см².

Расстояние между тарелками принимаем Н_т=0,25 м, тогда общая активная высота колонны будет равна:

, м.

Определим предельную скорость пара в колонне по номограмме в [1], она получится υ_пр=0,98 м/с. Рабочая скорость пара определится:

, м/с.

Диаметр колонны:

, мм.

Действительная скорость пара в колонне:

, м/с.

Гидравлическое сопротивление тарелки:

, мм. вод. ст.

G– поверхностное натяжение жидкости (для нижней части колонны х_ср=0,285,t_ж=105,5; для верхней части колонны х_ср=0,71,t_ж=102,9);

h_пер– высота сливного порога, 40 мм;

- отношение расходов жидкости и пара.

Для верхней части колонны средние мольные доли жидкости и пара х_ср= 0,71, у_ср= 0,77.

Средняя молекулярная масса жидкости

;

Средняя молекулярная масса пара:

.

Отношение массовых расходов в в верхней части колонны:

Отношение массовых расходов в в нижней части колонны:

;

;

;

;

;

.

Гидравлическое сопротивление верхней части колонны:

, Н/м²;

Сопротивление в нижней части колонны:

, Н/м²;

Общее сопротивление колонны:

, Н/м²;

Проверим достаточность применяемого расстояния между тарелками:

;

где, - гидравлическое сопротивление одной тарелки.

, Н/м²;

Средняя плотность по колонне кг/м³.

,м.

Это меньше принятого для расчёта расстояния между тарелками.