3. Гидравлический расчет тарелок

Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:

- свободное сечение колонны 0,78 м²

- длина линии барботажа 9,3 м

- периметр слива L_сл=0,8 м²

- площадь слива 0,05 м²

^- площадь паровых патрубков 0,073 м²

^- относительная площадь для прохода паров 9%

- число колпачков 37

- диаметр колпачков 80 мм

- шаг t=110 мм

- высота колпачка 55 мм

Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны:

?р = ?р_сух + ?р_у + ?р_пж

?р_сух - гидравлическое сопротивление сухой тарелки

?р_у - сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения (ими пренебрегаем и расчет не приводиться)

?р_ст - статическое сопротивление зависящее от запаса жидкости на тарелке

а) верхняя часть колонны:

ж - коэффициент сопротивления; ж = 4,5 - 5

- плотность пара в верхней части колонны

щ₀ - скорость пара в прорезях, м/с

-плотность пены, кг/м³; =400-600 кг/м³

- средне расстояние от низа колонны до уровня пены (высота слоя пены на тарелке), м

- высота прорези, м; =0,02 м

- высота слоя светлой жидкости; =0,5=10 мм

- высота перелива, м

- высота колпачка, м; =0,55 м

- средняя плотность жидкости, кг/м³; =853,5 кг/м³;

- площадь поперечного сечения колонны за вычетом площадей приемного и сливного карманов, м²; =0,5617 м²;

- площадь занимаемая колпачками, м²;

n - число колпачков

- наружный диаметр колпачков

- высота слоя жидкости над переливом

L - объем жидкости перетекающий с тарелки на тарелку, м³/ч

- длина сливной перегородки; =0,8 м;

- коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости в результате сжатия его стенками при подходе к сливной перегородки

при и =1,02

б) нижняя часть колонны:

Проверим, соблюдается ли расстояние между тарелками h = 0,3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие:

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.

4. Определение числа тарелок и высоты колонны

а) наносим на диаграмму х-у рабочие линии верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации n_т.

В верхней части колонны n^|_т = 5 , в нижней части n^||_т = 5. Всего 10 ступеней.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

- число теоретических тарелок

Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов

б = Р_сп./Р_вод.

И динамический коэффициент вязкости исходной смеси м при средней температуре в колонне t_ср = 86⁰С

При этой температуре давление насыщенного пара метилового спирта:

Р_сп = 1600 мм.рт.ст., воды Р_вод = 450,9 мм.рт.ст., откуда б = 1600/450,9 = 3,55

Динамический коэффициент вязкости метилового спирта при 86 ⁰С равен м_сп = 0,275 сП, воды м_вод = 0,335 сП

м_см = 0,22•0,275 + 0,78·0,335 = 0,32 сП

Тогда

По графику (рис.7.4) находим з = 0,45

Длина пути жидкости на тарелке:

К.П.Д. тарелок з = 0,45

Число тарелок:

в верхней части колонны: n^| = n^|_Т/з_l = 5/0,45 = 12

в нижней части колонны: n^|| = n^||_T/з_l = 5/0,45 = 12

Общее число тарелок n = 24, с запасом берем n = 28, из них 14 в верхней части колонны и 14 в нижней части.

Высота тарельчатой части колонны:

Н_т = (n - 1)•h = (28 - 1)0,3 = 8,1 м

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

?р = ?р^|·n_B + ?р^||n_H = 14•682,8 + 14·611,3 = 17361,4 Па = 0,17 кгс/см²