Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт
2. Гидравлический расчет колонны
Для тарелок бесколпачковых (ситчатых, клапанных, струйных и других) величину общего сопротивления можно определить по уравнению:
гдео - общий коэффициент сопротивления тарелки, для клапанных тарелок (клапаны полностью открыты) о=3,63;
щоп - скорость пара в рабочем сечении колонны, м/с;
hw - высота сливной перегородки, м;
how - подпор, м;
ДСу - сопротивление, связанное с преодолением сил поверхностного натяжения на границе жидкость пар при выходе пара из отверстий тарелки в жидкость, Па.
Высоту сливной перегородки hw выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточный слой жидкости на тарелке (hw+ how)?40 мм. При малых расходах жидкости, когда подпор how мал, это обеспечивается сливной перегородкой высотой hw . При больших расходах жидкости,
когда слой жидкости на тарелке составляет 80 мм и более, высота сливной перегородки может быть уменьшена вплоть до hw=0. В этом случае необходимый слой жидкости на тарелке обеспечивается за счет подпора жидкости над гребнем слива how .
Скорость газа в интервале устойчивой работы клапанных тарелок может быть определена по уравнению:
где:G - масса клапана, кг;
Fc - доля свободного сечения тарелки, %;
F0 - площадь отверстия под клапаном, м2;
ж - коэффициент сопротивления, который может быть принят равный 3.
Принимаем диаметр отверстия под клапанном равным d=70 мм, массу клапана G=0,0025 кг. Следовательно:
Скорость пара в рабочем сечении верхней части колонны:
Скорость пара в рабочем сечении нижней части колонны:
Уровень слоя жидкости на тарелке (подбор) обусловлен высотой сливой перегородки hw и зависит от расхода жидкости, формы и длины сливной перегородки [ ].
Для сплошной сливной перегородки:
,
где: Lv - объемный расход жидкости, м3/ч;
В=2,05 - периметр слива, м;
Kow - поправочный коэффициент, учитывающий влияние стенок колонны на работу сегментного переливного кармана и определяемый по графику, рисунок 4,7 [3].
Расход жидкости, проходящий в верхней части колонны:
Расход жидкости, проходящий в нижней части колонны:
Для определения поправочного коэффициента Kow находим отношение:
Для верхней части колонны находим отношение :
Kow в.=1,015
Для нижней части колонны находим отношение :
Kow н.=1,025.
Подпор жидкости на тарелке для верхней части колоны:
Подпор жидкости на тарелке для нижней части колоны:
Сопротивление, обусловленное действием си поверхностного натяжения:
гдеrгидр - гидравлический радиус отверстий, через которые пар выходит в жидкость, м.
гдеF0, П0 - площадь, м2 и периметр, м отверстий, через которые выходит пар, соответственно
Поверхностное натяжение рассчитываем по формуле:
ун = уА•н.ср. + уВ•(1- н.ср) ,
где уА, уВ - поверхностное натяжение метилового и этилового спиртов при tср.н [1 с. 526] ,
ун = 17,7•10-3•00,08 + 17,4•10-3•(1-0,08)= 17,42•10-3 н/м.
Тогда сопротивление вызываемое силами поверхностного натяжения будет равно:
а) для верхней части колонны:
а) для нижней части колонны:
Сопротивление тарелки на верхней части колоны:
Сопротивление тарелки на нижней части колоны:
Общее сопротивление колонны:
гдеnв , nн - действительное число тарелок в верхней и нижней части колоны, соответственно. Определение действительного числа тарелок поведено в разделе 1,7