Расчет ректификационной колонны

       h_т-расстояние между тарелками

         
 

       3.4. Гидравлический расчёт  тарелок 

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

                                                      

                                        _(3.21)

       Производим  сначала расчёты для верхней  части колонны.

       Гидравлическое  сопротивление сухой тарелки  определяется по формуле:

                                        

,                                                         (3.22)

       Для колпачковой тарелки скорость рассчитаем по следующей формуле:

                                              

                                                              (3.23)

       

 
 

         где  - коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7 – 10 %; - скорость пара в отверстиях тарелки  

       Следовательно

       

       Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле:

                                                       

,                                                (3.24)

       g – ускорение свободного падения.

                                                        

       Значение  - высота светлого слоя жидкости рассчитывается по формуле:

                                             (3.25)

       где h_пер- высота переливной перегородки, м

       q- линейная плотность орошения , м        q=Q/L_c

       Q-объемный расход жидкости, м³/с

       L_c-ширина переливной перегородки, м

       

                                        

                            (3.26)

       а- ширина переливной перегородки

       

       

       

       

       

       

       Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:

       

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       . ПОДРОБНЫЙ РАСЧЁТ  ТЕПЛООБМЕННИКА 

      Кубовый испаритель 

      Определим тепловую нагрузку теплообменника. Потерями в теплообменнике пренебрежём.

       

                              (4.1)

      где - количество теплоты, отдаваемой охлаждающему агенту в дефлегматоре–конденсаторе (Вт), r_P – теплота парообразования  дистиллята при t_P  - температуре дистиллята на выходе из верхней части колонны (Дж/кг), т.е. при t_P = 71 ⁰C.

      Температуры выходящих паров, питания, кубового остатка определим по t – x, y диаграмме (рис.3.2).

                                           (4.2)

      r_P =243.14·10³· 0.713 + 400.5·10³· (1 – 0.713) = 288302.32      (4.3)

      Тогда,                                (4.4)

      Определим теплоёмкость питания при t = 78.6⁰C.

                     (4.5)

      Значения  С_ЛЛК и С_НЛК определяем по номограмме 11/ 4 /.

             (4.6)

      Определим теплоёмкость дистиллята при t_P = 71 ⁰С.

                         (4.7)

      Теплоёмкость  кубового остатка при t_W = 93⁰C примем, для

           

      Тогда,      
 
 
 

      )

       В качестве греющего агента примем водяной  пар с t = 110⁰C (1.46кгс/см²); r=2.204·10³(Дж/кг), и соответствующими свойствами конденсата    ; ; . 
 
 
 
 
 
 

       В качестве кипятильника принимаем кожухотрубчатый теплообменник. Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н (стр.53) / 3 /, используем формулу:

                     (4.9)

       Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле (стр.54) / 3 /:

                 (4.10)

       Здесь физико-химические свойства определяем при t_кип=93⁰С, как для бензола, т.к. кубовый остаток практически чистый бензол: ; ; ; ; .

       Плотность пара при давлении в колонне  и при атмосферном давлении равны, т.к. давление в колонне атмосферное; определим р_0:

                                                                                                                              (4.11) 

       _{Откуда,}

                             (4.12)

       Из  основного уравнения аддитивности термических сопротивлений и уравнения теплопередачи следует, что:

                                              (4.13)

       _{Подставляя  сюда выражение для  получим:}

                 (4.14)

       _{Решив это уравнение  относительно q можно определить требуемую поверхность теплообмена :}

                      (4.15)

       _{Определим среднюю разность температур:}

                                    (4.16)

       _{Примем  ориентировочно коэффициент  теплопередачи от конденсируещегося пара к кипящей жидкости по таблице 2.1 / 3 /. Тогда}

                   (4.17)

       _{Выбираем  стандартный теплообменник  по таблице 2.3 / 3 /}

_{(ГОСТ 15118-79).}

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 

       5.1. Расчёт теплообменника  для подогрева  питания 

       Расчёт  теплообменника для подогрева питания (П1) до температуры кипения перед подачей в колонну от начальной температурой равной 10⁰С (по заданию) до температуры 78.6⁰С (по t-x,y(рис.3.2)). Используем, в целях экономии энергии, тепло кубового остатка. Примем, что кубовый остаток охладится от 93⁰С до температуры, при которой он подаётся в сборник, примем эту температуру равной 35⁰С. Для упрощения расчётов примем, как и ранее, что в качестве кубового остатка выходит бензол.

       Определим, какое количество теплоты сможет отдать кубовый остаток, при охлаждении, т.е. найдём тепловую нагрузку теплообменника.

       ,                 (5.1)

       где  - теплоёмкость кубового остатка при средней температуре в колонне равной 67.3⁰С.

                              (5.2)

       Определим, до какой температуры сможет нагреться  питание от этого количества тепла.

       ,                           (5.3)

         где С_F – теплоёмкость питания при средней t=46.5⁰C (по принципу аддитивности):

                       (5.4)

                  (5.5)

                    (5.6) 
 
 

       Примем  противоток теплоносителей. Определим среднюю разность температур:

       93⁰C    ¾¾¾>35⁰C

       55.6⁰C <¾¾¾ 10⁰C 
 
 
 
 
 
 
 

                                     (5.7-5.9)

       Принимаем ориентировочно значение коэффициента теплопередачи для системы орг.жидкость - орг.жидкость. К_ор=400 (табл2.1) / 3 /. Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                           (5.10)

       Выбираем  стандартный теплообменник (табл.2.3) / 3 /(ГОСТ 15118-79):

       

       _{Как видно из расчётов, питание подогревается до ,}

        . Поэтому ставим ещё один  теплообменник (П2).

       Тепловая  нагрузка:

       ,              (5.11)

      где C_F – теплоёмкость питания при.

       Тогда,

                                    (5.12)

       В качестве греющего агента примем пар, как и для обогрева кипятильника.

       Тогда расход пара составит

         ;            (5.13)

       Определим среднюю разность температур: 

       110⁰C    ¾¾¾>110⁰C

       93 ⁰C <¾¾¾ 55.6⁰C

                                           (5.14-5.16)

       К_ор=500 (табл2.1.) / 3 /.

       Тогда требуемая поверхность теплообмена:

                            (5.17)