= 89,24*273/22,4(273+92,2) = 2,97 кг/м³

V = (0,006*(2,43+1)*89,24)/2,97 = 0,62 м³/сек

Среднее сечение нижней части колонны:

Средний мольный состав пара определяетсяпоформуле [3]:

(15)

где y_ц и y_f-мольные доли компонентов (определяются по x-y диаграмме).

= 92,13*0,34 + 78,11*(1-0,34) = 82,87 кг/кмоль

= 89,24*273/22,4(273+105,95) = 2,66 кг/м³

V = (0,006*(2,43+1)*82,87)/2,66 = 0,64 м³/сек

2.5.3 Определение скорости пара

Расчет проведем по методике предложенной в [1].

Для колпачковых тарелок предельно допустимая скорость рассчитывается по уравнению:

(16)

где

– диаметр колпачка, м;

– расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной колонны, м;

– соответственно плотности жидкой и паровой фазы, кг/м³.

Верхняя часть аппарата:

(17)

где x_ср.нк– средний состав жидкости для верхней части колонны, кмоль/кмоль.

(18)

м/с

Нижняя часть аппарата:

(19)

м/с

Определим диаметр колонны для верха и для низа:

Верх.

Низ:

Примем D=1000мм

Примем стандартный диаметр колонны одинаковый для верхней и нижней части и равный

м.

Параметры колпачковой тарелки типа ТСК-1 Свободное сечение колонны

м², длина линии барботажа 9,3 м, периметр слива

м, площадь слива 0,05 м², площадь паровых патрубков 0,073 м², относительная площадь прохода паров 9%, число колпачков 37, диаметр колпачка

мм, шаг

мм,

мм, высота перелива

мм. Расстояние между тарелками Ht=0,35[1].

2.5.4 Определение высоты колонны

Определение высоты тарельчатой колонны производиться по следующему уравнению [1]:

(20)

где

-высота тарельчатой (рабочей) части колонны, м;

h – расстояние между тарелками, м [1];

h₁- высота сепарационной части над верхней тарелкой, м;

h₂- расстояние от нижней тарелки до днища колонны, м.

Значения h₁ и h₂ выбрать в соответствии с практическими рекомендациями в зависимости от диаметра колонны [1]:

H=(16-1)*0.6+0.6+1.5=11.1 м

3. Тепловой расчет

В задачу теплового расчета входит определение расхода греющего пара в испарителе колонны и величину ее теплопередающей поверхности, а так же расхода охлаждающей воды в дефлегматор. Способ подвода и отвода тепла осуществляется за счет испарения части реакционной массы и за счет применения выносных поверхностей теплообмена.

3.1 Расчёт испарителя

Расход греющего пара в кубе колонны рассчитывается на основе составления и решения уравнения теплового баланса ректификационной колонны

(21)

где r_воды– удельная теплота парообразования, Дж/кг ;

Р – расход верхнего продукта, кг/с;

W – расход нижнего продукта, кг/с;

R_opt– флегмовое число;

– энтальпии потоков, Дж/кг;

r_cp– средняя удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;

Q_пот – тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1]:

(22)

где r –удельная теплота фазового перехода соответствующего компонента, Дж/кг [5];

tср = 95,4 ^◦С ;

rнк = 90

rвк = 87

rср = 90*0,4+87*(1-0,4)= 88,2

rср = 88,2*4190 = 369558 Дж/кг.

Таблица 3.1-Теплоёмкости компонентов при различных температурах [2].

Низкокипящий ком-т.			Высококипящий ком-т.
Ср_f,Дж/кг^*К	Ср_p,Дж/кг^*К	Ср_w,Дж/кг^*К	Ср_f,Дж/кг^*К	Ср_p,Дж/кг^*К	Ср_w,Дж/кг^*К
2077	1766	2480	2022	1718	2422

(23)

где

– массовые доли компонентов, кг/кг;

Ср - теплоёмкости компонентов при различных температурах, Дж/кг^*К.

F : Cp_см= 2077*0,4+2022*(1-0,4) = 1763,3 Дж/кг*К;

P : Cp_см= 1766*0,95+1766(1-0,95) = 2044 Дж/кг*К;

W : Cp_см= 2480*0,05+2422(1-0,05) = 2424,9 Дж/кг*К.

(24)

где I - энтальпии потоков, Дж/кг;

Т – температура компонентов, ˚C.

IF = 1763,6*81 = 142851,6 Дж/кг;

IP = 2044*95,4 = 194997,6 Дж/кг;

IW = 2424,9*109,6 = 265769,04 Дж/кг.

Dг.п.*(Iг.п.- iк) = 0,558*(194997,6-142851,6) + 0,83(265769,04+142851,6) + +0,558*3,16*369558 = 1019886,829

Dг.п. = 1019886,829/(0,97*369558) = 2,84 кг/с.

Величину теплопередающей поверхности испарителя рассчитывают на основе уравнения теплопередачи [5]:

(25)

где Q_пот– тепловые потери (от 3% до 5% от тепла греющего пара) [1];

D_г.п(I_г.п.-i_к) – расход греющего пара, найденного по формуле (21);

K – коэффициент теплопередачи, выбирается по опытным данным в пределах от 300 до2500 Вт/м^2*К;

ΔТ_ср– средняя движущая сила процесса теплопередачи.

ΔТ_ср определяется по разнице температур между температурой разделяемой смеси (в кубе колоны) и температурой насыщенного водяного пара при определённом давлении. Обычно средняя движущая сила процесса равна 30 ± 5ºС.

Температура кубового остатка равна Т_w=109,6 ºС (см. выше).

Температура насыщенного водяного пара при давлении 3,0 кг/см² составляет Т=135,9ºС .

(26)

∆Tср = 135,9 – 109,6 = 26,3 ^оС

ТºС ТºС

ΔТ_ср

Рисунок 3.1 - Температурная диаграмма для определения средней движущей силы процесса теплопередачи.

3.2 Определение расхода воды в дефлегматоре

При расчёте теплового баланса дефлегматора принимается, что пары дистиллята подвергаются полной конденсации. Тогда расход охлаждающей воды составит [5]:

(27)

где P – мольный расход продукта, кмоль/с;

R – оптимальное флегмовое число;

M_смp – мольная масса продукта, кг/кмоль;

r_p – удельная теплота фазового перехода, кДж/кг;

Cp – теплоёмкость воды, кДж/кг^*К [2];

Cp=4190 Дж/кг^*К

T_к, T_н– конечная и начальная температура охлаждения воды, ˚C. Обычно принимается T_н=12˚CT_к=45˚C

(28)

где r_p –удельная теплота фазового перехода определённого компонента, кДж/кг [2];

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия (стр. 3 из 5)