2.5 Определение числа тарелок графическим путем

Принимаем

На диаграмме откладываем отрезок ОМ = В.

.

MD – рабочая линия укрепляющей части колонны.

Точку пересечения прямой MD с прямой (точка F) соединяем с точкой W.

FW – рабочая линия исчерпывающей части колонны.

Число тарелок определяется следующим построением. Для первой тарелки принимаем . По значению находится на кривой равновесия (рисунок 2.2) значение концентрации жидкости на первой тарелке. Для на рабочей линии находится значение паров поднимающихся со второй тарелки и т.д., до тех пор, пока не будет меньше . Число ступенек на диаграмме будет равно числу теоретических тарелок в колонне. По этому методу теоретическое число тарелок в колонне .

Действительное число тарелок в колонне можно определить пользуясь понятием КПД тарелки по формуле:

, (2.14)

где – средний КПД тарелки, он лежит в пределах 0,2-0,9.

, (2.15)

где - КПД исходной смеси, по готовому продукту и по кубовому остатку. При их определении можно пользоваться их зависимостью от летучести и вязкости смеси, представленной в формуле:

. (2.16)

Летучесть смеси определяется по формуле:

. (2.17)

Вязкость смеси определяется по формуле:

(2.18)

Для исходной смеси ; по [4] при температуре вязкости .

.

.

Для готового продукта ; по [4] при температуре вязкости .

.

.

Для готового продукта ; по [4] при температуре вязкости .

.

.

Средний КПД тарелки:

.

Зная КПД можно определить действительное число тарелок по (2.14):

.

В верхней части 9 тарелок, а в нижней 12.

2.6 Конструктивный расчет 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:

(2.19)

кг/с.

Количество поднимающихся паров:

(2.20)

кг/с.

Количество стекающей жидкости исчерпывающей части колонны:

(2.21)

кг/с.

Средняя молекулярная доля пара в верхней (укрепляющей) части колонны:

(2.22)

.

Средняя молекулярная доля пара в нижней (исчерпывающей) части колонны:

(2.23)

.

Средняя молекулярная доля пара в колонне:

(2.24)

.

По фазовой t-x,y диаграмме находим, что величина соответствует температуре пара .

Средняя плотность пара при этой температуре и давлении по уравнению состояния составляет:

, (2.25)

где R – универсальная газовая постоянная, R=846; Т – абсолютная температура кипения при ; – средняя молекулярная масса пара, имеющего концентрацию .

, (2.26)

где – молекулярная доля метилового спирта при , , .

;

.

Средняя плотность пара:

, кг/м³.

Объёмный расход пара:

(2.27)

м³/с.

Средняя молярная доля жидкости в верхней (укрепляющей) части колонны:

(2.28)

.

Плотность жидкости в верхней части колонны:

, (2.29)

где – плотности низкокипящего (метиловый спирт) и высококипящего (вода) компонентов при температуре жидкости, соответствующей значению . По [4] .

кг/м³.

Средняя молекулярная доля жидкости в нижней (исчерпывающей) части колонны:

(2.30)

.

Плотность жидкости в нижней части колонны:

(2.31)

. По [4] .

кг/м³.

Средняя плотность жидкости в колонне:

(2.32)

, кг/м³.

Объемный расход жидкости в нижней и верхней части колонны:

(2.33)

, м³/с;

, м³/с.

Согласно указаниям [3] принимаем:

• диаметр отверстий тарелок мм;

• толщина тарелки мм;

• шаг отверстий на тарелке мм;

• высота сливной планки 30 мм;

• расстояние между тарелками мм.

Отверстия размещаются на тарелке по шестиугольнику.

Скорость пара на тарелках:

, (2.34)

где - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колоне. По [4] принимаем .

м/с.

Площадь живого сечения отверстий:

, (2.35)

где – скорость пара в отверстиях, по [3] принимаем 6 м/с, тогда:

м².

Площадь живого сечения колонны:

(2.36)

м².

Диаметр колонны:

(2.37)

м.

Выбираем действительный диаметр колонны из стандартного ряда м. Тогда скорость пара:

м/с.

Расстояние между тарелками м, тогда общая активная высота колонны будет равна:

, (2.38)

где - действительное число тарелок;

- расстояние между тарелками;

- высота кубовой части колонны, по [3] принимаем м;

- высота сепарационной части колонны, по [3] принимаем м.

м.