2.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

При расчете скорости пара и диаметра колонны, необходимо найти ряд параметров в верхней и нижней части колонны.

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

x_ср’=(x_F +x_D)/2;

x_ср’=(0,496+0,55)/2=0,76.

б) в нижней части колонны

x_ср”=(x_F +x_W)/2;

x_ср”=(0,55+0,003)/2=0,28.

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны

y_ср’==(y_F +y_D)/2;

y_ср’=(0,96+0,63)/2=0,8;

б) в нижней части колонны

y_ср”=(y_F +y_W)/2;

y_ср”=(0,63+0,003)/2=0,32.

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y (приложение Б):

а) при y_ср’=0,8 t_ср’=109 ⁰C;

б) при y_ср”=0,32 t_ср”=131 ⁰C.

Средние мольные массы и плотности пара:

а) в верхней части колонны

М_ср’=0,8*74+0,2*106=80,4 кг/кмоль,

_ср’=(M_ср’*T⁰)/(22,4*T_ср’)

_ср=80,4*273/(22,4*382)=2,56 кг/м³

б) в нижней части колонны

М_ср”=0,32*74+0,68*106=95,8 кг/кмоль,

_ср”=(M_ср’*T⁰)/(22,4*T_ср’)

_ср”=95,8*273/(22,4*404)=2,89 кг/м³

Средняя плотность пара в колонне:

_П=(_ср’+_ср”)/2

_П= (2,56+2,89)/2=2,7 кг/м³.

Температура вверху колонны при x_D=y_D=0,96 равняется 108 ⁰С, а в кубе-испарителе при x_W=0,003 она равна 143 ⁰С (приложении Б).

Вместо плотностей изобутанола и о-ксилола (в связи с проблематичностью их нахождения) берутся плотности их гомологов жидких бутанола и м-ксилола соответственно. Плотность жидкого бутанола при 108 ⁰С _а=750 кг/м³, а м-ксилола при 143 ⁰С _в=760 кг/м³.

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

_Ж=(750+760)/2=755 кг/м³.

Определяем скорость пара в колонне по уравнению (5). По данным каталога-справочника “Колонные аппараты” принимаем расстояние между тарелками h=300 мм.. Для ситчатых тарелок значение коэффициента С=0,032.

=C* ((_Ж-_П)/_П)^0,5 . (5)

В случае когда _Ж>>_П, то формула (5) упрощается =C*(_Ж/_П)^0,5,

=0,032*(755/2,7)^0,5=0,54 м/с

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t_ср=(109+131)/2=120 ⁰С,находим по уравнению:

V=(G_D*(R+1)*22.4*T_срp₀)/(M_D*T₀*p) (6) ^. V=0.41 м³/с

где M_D-мольная масса дистиллята, равная

M_D=75,3 кг/кмоль.

Диаметр колонны находим по уравнению

D=(V/(0.785*))^0,5 , (7)

D=(0.41/(0.785*0,54))^0,5=0,98 м.

По каталогу-справочнику “Колонные аппараты” берем D=1000 м, тогда скорость пара в колонне будет, выраженная из уравнения (7):

=V/(0.785*D²),

=0.41/(0.785*1²)=0,52 м/с.

По каталогу-справочнику “Колонные аппараты” для колонны диаметром 1000 м выбираем необходимый вид тарелки. В данном случае возьмем ситчатую тарелку ТС со следующими конструктивными размерами:

шаг между отверстиями t 10

свободное сечение тарелки F_С % 8

высота переливного порога h мм. 40

рабочее сечение тарелки S_Т 0,713

свободное сечение колонны м² 0,785

сечение перелива м² 0,036

периметр слива L_С м 0,8

относительная площадь перелива % 4,6