Файл: Курсовая работа проект ректификационной установки пояснительная записка.docx

Число реальных тарелок nнаходим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от x_D до x_W.

Построение кинетической кривой и определение числа действительных тарелок в верхней части колонны представлено в приложении №2.

Получаем 27 тарелок, (из которых 14 – в верхней части колонны, 13 – в нижней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь должна подаваться на 15-ю тарелку сверху.

Общую высоту тарельчатой ректификационной колонны Н, м, определяют по формуле:

, (34)

где h_МТ – расстояние между тарелками, м; h_сеп – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны (высота сепарационного пространства), м; h_куб – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны (высота кубовой части), м.

По приложению Б принимаем необходимые величины: h_сеп= 0,8 м; h_куб= 2,2 м, h_МТ = 0,45 м. Тогда высота колонны составит:
H = 0,45·(27 − 1) + 0,8 + 2,2 = 14,7 м.

2.6 Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление колонны p_К, Па, определяется по формуле:

,

(35)

где n – действительное число тарелок; p_Т – гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки, Па.

Гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки p_Т, Па,рассчитывается по формуле:

,

(36)

где p_сух – сопротивление сухой тарелки, Па; p_– сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, Па; p_ст – статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па.

Расчет ведем для нижней части колонны, имеющей максимальную нагрузку по жидкости.

Сопротивление сухой тарелки p_сух, Па, для нижней части колонны рассчитывается по формуле:

---

(37)

где  – коэффициент сопротивления тарелки, принимаем =5,0 [2]; ω₀ – фактическая скорость пара в прорезях, м/с.

Для определения фактической скорости пара проверяем, будет ли обеспечено полное открытие прорезей, необходимое для равномерного режима работы тарелок.

Скорость, необходимая для полного открытия прорезей , м/с, рассчитывается по формуле:

(38)

где h_пр – высота прорези, принимаем h_пр= 0,02 м (таблица 3).

При подстановке всех значений в формулу (38):

а) в верхней части колонны
3,85 м/с.
б) в нижней части колонны
3,72 м/с.
Площадь сечения всех прорезей S₀, м², рассчитываем по формуле:

(39)

где n_кол – количество колпачков на тарелке; n_пр – число прорезей в колпачке; S_пр – площадь прорези, м².

По таблице 3 принимаем n_пр =36, S_пр=0,00008 м², тогда:

0,16 м².

Отношение площади сечения прорезей в колпачке к площади поперечного сечения колонны определяем по формуле:

(40)

где = 1,54 м² – площадь поперечного сечения колонны.

Таким образом:

---

Фактическая скорость пара в прорезях ω₀, м/с:

а) в верхней части колонны:



б) в нижней части колонны:



при этом полное открытие прорезей будет обеспечено, так как ₀ > ₀ (9,4 > 3,85).

Сопротивление сухой тарелки для нижней части колонны в соответствии с формулой (37):

а) в верхней части колонны:
= 457,263 Па.
б) в нижней части колонны
= 536,565 Па.
Сопротивление сил поверхностного натяжения p_, Па, рассчитывается по формуле:

(41)

где  – поверхностное натяжение жидкости, Н/м, для нижней части колонны; d_э – эквивалентный диаметр отверстия, м, определяемый для колпачковых тарелок как:

(42)

где П – периметр прорези, м, определяемый по формуле

(43)

где h_пр, b – высота и ширина прорези, м.

По таблице 3 принимаем h_пр = 0,02 м, b= 0,004 м, тогда
0,048 м,
= 0,00667 м
Поверхностное натяжение жидкости рассчитывается по формуле:

(44)

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения для нижней части колонны в соответствии с формулой (41) составит:

---

а) в верхней части колонны
= 12,39 Па.
б) в нижней части колонны
= 12,8 Па.
Статическое сопротивление слоя жидкости p_ст, Па, на колпачковой тарелке рассчитывается по уравнению:

(45)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; k – относительная плотность пены (принимаем k = 0,5); _ж – плотность жидкости, кг/м³; l – расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м, принимаем l = 0,02 м; h_пр – высота прорези, м, принимаем h_пр = 0,02 м по таблице 3; h – высота уровня жидкости над сливным порогом, м, определяемая по формуле:

(46)

где K – коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости в результате сжатия его стенками при подходе к сливной перегородке; V_ж.н. – часовой объемный расход жидкости в нижней части колонны, м³/ч; L – длина сливного борта тарелки, м, принимаем L= 0,87 м по таблице 3.

Объемный расход жидкости V_ж, м³/с, рассчитывают по уравнению:

(47)

Тогда часовой объемный расход составит:

а) в верхней части колонны
= 0,0078 м³/с = 28,08 м³/ч.
б) в нижней части колонны
= 0,0075 м³/с = 27 м³/ч.
При этом нагрузка по жидкости на единицу длины сливной перегородки составит:

а) в верхней части колонны
= 32,28 м³/(м·ч).
б) в нижней части колонны
= 31,03 м³/(м·ч).
Фактическая нагрузка не превышает допустимую (65 м

---

³/м·ч) [3], что должно обеспечить равномерное распределение пара по сечению тарелки.

Коэффициент К определяется по графику, изображенному на рисунке 10 в зависимости от (V_ж/L) – нагрузки по жидкости на единицу длины сливной перегородки и (L/D):
При = 39,77 и = 0,62 К= 1,08;

При = 38,24 и = 0,62 К= 1,08.
Тогда высота уровня жидкости над сливным порогом, согласно формуле (46), составит:

а) в верхней части колонны
= 0,032 м.
б) в нижней части колонны
= 0,031 м.
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке в нижней части колонны (при ρ_жн=810,47 кг/м³), согласно уравнению (45), составит:

а) в верхней части колонны
= 309,9 Па.
б) в нижней части колонны
= 314,9 Па.
Общее сопротивление тарелки по формуле (36) составит:

а) в верхней части колонны
= 779,6 Па.
б) в нижней части колонны
= 864,3 Па.
Сопротивление всей тарельчатой части колонны по формуле (35):
= 21049,2 Па.
Минимально допустимое расстояние между тарелками, необходимое для нормальной работы тарелок должно удовлетворять условию:

(48)

В нашем случае условие:

= 0,18 м.

Принятое расстояние между тарелками h_МТ = 450 мм полностью обеспечит нормальную работу гидрозатвора в переливном устройстве тарелки.
2.7 Тепловой расчет ректификационной колонны
Расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующего пара в кубе-испарителе колонны Q

---