(4.9)
Общее число тарелок . Определим высоту колонны. Она состоит из следующих величин:
, (4.10)
где высота крышки, мм;
высота сепарационной части, мм;
высота верхней тарельчатой части, мм;
высота эвопарационного пространства, мм;
высота нижней тарельчатой части, мм;
свободное пространство между уровнем жидкости внизу колоны и нижней тарелкой необходимое для равномерного распределения паров, мм;
высота кубовой части, мм;
высота юбки, мм.
; (4.11)
По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» [3] для колонны диаметром 1600 мм принимаем
Принимаем 4 люка-лаза (2 в верхней части колонны, 2 в нижней). В месте люка-лаза расстояние между тарелками принимаем 800 мм.
(4.12)
;
; (4.13)
(4.14)
;
Высоту между уровнем жидкости внизу колоны и нижней тарелкой принимают равной 1-2 м.
; (4.15)
Высоту слоя жидкости в нижней части колонны рассчитывают по ее 10 минутному запасу, необходимому для обеспечения нормальной работы насоса:
(4.16)
где объем кубовой части ректификационной колоны;
площадь поперечного сечения колоны.
При температуре (рис. 3.2):
= (4.17)
где плотность бензола при ;
где плотность ацетона при .
, (4.18)
где массовый расход кубового остатка (1.3),
массовый расход греющей струи (пункт 6.25).
, (4.19)
где диаметр колоны (пункт 3.21).
(4.20)
Принимаем . (4.21)
(4.22)
Общее гидравлическое сопротивление тарелок:
(4.23)
5. Определение гидравлического сопротивления тарелок и давления в кубе колонны
По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» [3] для колонны диаметром 1600 мм выбираем колпачковую тарелку типа ТСК-Р со следующими конструктивными размерами:
Свободное сечение колонны
Свободное сечение тарелки
Сечение перелива
Относительная площадь перелива
Относительная площадь для прохода паров
Периметр слива
Масса .
Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению (1.60, [1]):
(5.1)
где - гидравлическое сопротивление сухой тарелки;
- сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;
- сопротивление парожидкостного слоя.
а) Верхняя часть колонны:
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
где коэффициент сопротивления колпачковых тарелок ;
- плотность пара в верхней части колонны(3.6);
- скорость пара в отверстиях тарелки, где
скорость пара в верхней части колонны (3.22).
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, определяем по формуле (стр.28, [4]):
(5.3)
где 0,004 м, м - ширина и высота прорези, м;
- поверхностное натяжение смеси при средней температуре в верхней части колонны 91,5(рис. 3,2);
где при (табл. XXIV [1]), (см. формула 3.1), получаем:
Сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:
(5.5)
Высота парожидкостного слоя:
(5.6)
Величину - высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле:
где - объёмный расход жидкости,;
=1,24 м - периметр слива,;
- отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности пара, принимаемое приближенно равным 0,5;
средняя плотность жидкости в верхней части колоны (3.13).
Объёмный расход жидкости в верхней части колонны:
где (5.9)
где (3.1);
средняя мольная масса жидкости, .
Находим :
Высота парожидкостного слоя на тарелке:
Сопротивление парожидкостного слоя (4.5):
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны (см. формула 4.1):
б) Нижняя часть колонны:
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
где коэффициент сопротивления неорошаемых колпачковых тарелок со свободным сечением ;
- плотность пара в нижней части колонны (3.9);
- скорость пара в отверстиях тарелки,
где скорость пара в нижней части колонны (3.23).
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
где 0,004 м, м - ширина и высота прорези, м;
- поверхностное натяжение смеси при средней температуре в верхней части колонны (рис. 3.2);
где при (табл. XXIV [1]), (3.2), получаем:
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:
(5.13)
Высота парожидкостного слоя:
(5.14)
Объёмный расход жидкости в нижней части колонны:
где =
;
средняя плотность жидкости в нижней части колоны (3.13);
, (см. п.1).
Сопротивление парожидкостного слоя (4.13):
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны (4.1):
Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками необходимое для нормальной работы тарелок условие:
Для тарелок нижней часты колонны, у которых гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части:
Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.
Таким образом, равномерная работа тарелок нижней и верхней частей колонны будет обеспечена.
Определим давление кубе колонны:
где: давление в верху аппарата, по заданию .