3.2 Висота колони
Загальну висоту колони знаходимо з виразу [2]:
Н=
,
(3.4)
де Ннас – висота насадкової частини колони, м;
Ннас = hе · nт; [2]
hе – еквівалентна висота насадки, м;
nт – теоретичне число тарілок, яке визначається графічною побудовою (рис. 3.1);
h1 – відстань від верхнього шару насадки до кришки; h1 ≈ D =1,2 м;
h2 – відстань від нижнього шару насадки до дна, м;
h2 ≈ (1,1 ÷1,5) D, h2 =1,8 м.
3.2.1 Еквівалентна висота насадки
Еквівалентну висоту насадки знаходимо з виразу [3]:
,
(3.5)
де dе – еквівалентний діаметр насадки, м;
м;
Rеп – критерій Рейнольдса для потоку пари:
,
(3.6)
де ω – дійсна швидкість пари; ω = 0,391 м/с;
ρп – густина пари; ρп = 4,342 кг/м3;
σ – питома поверхня насадки; σ = 140 м2/м3;
μп – в’язкість пари, Па·с. Знаходимо з виразу:
,
(3.7)
де Мп – мольна маса пари; Мп = Мр=117,92 кг/кмоль;
yср – середній склад пари; yср =0,66 (мольні долі);
μсу, μчху – динамічні коефіцієнти в’язкості компонентів парової суміші
при tср = 580С.
μсу = 0,013·10–3 Па·с [1];
μчху = 0,012·10–3 Па·с [1].
Тоді
.
Звідки μп = 0,0124·10–3 Па·с;
Rеп=
,
G, L – витрати пари та рідини по колоні, відповідно, кг/с;
ρр – густина рідини; ρр = 826 кг/м3;
m
– середній тангенс кута нахилу дотичної
до рівноважної лінії (рис. 4.1). В інтервалі
від xР=98%
до xW
= 7,8%
лінію рівноваги розбиваємо на рівні
відрізки (не менше 5) і на кожному знаходимо
тангенси
та середній тангенс кута нахилу для
всієї лінії рівноваги (на рис. 4.1 не
наведені).
,
де n – число відрізків.
Виконавши необхідні розрахунки, знаходимо m=1,01.
Підставивши в рівняння (3.5) величини, одержимо:
.
Звідки hе = 0,914 м.
3.2.2 Знаходження числа теоретичних тарілок
За даними таблиці 2.1 будуємо криву рівноваги в координатах у–х (рис. 3.1), проводимо лінію рівних концентрацій (діагональ) і наносимо на неї точку «а» з координатою xр=0,98 % на основі допущення, що xр= yр [2].
Рівняння робочої лінії колони має вигляд (2.7):
y=Ax+B,
А=
,
,
де B – відрізок, який відтинає робоча лінія на осі y;
R – флегмове число, визначене для кінцевого моменту перегонки, R=9,075.
Тоді
.
Відкладаємо відрізок В = 0,089 на ось ординат (у) і з’єднуємо його кінець з точкою «а» – одержимо лінію робочих концентрацій (робочу лінію).
Починаючи з точки а, будуємо ломану лінію між кривою рівноваги та робочою лінією в межах від xP до xW. Число горизонтальних відрізків дорівнює числу теоретичних ступенів зміни концентрацій – теоретичних тарілок nт. Таким чином, nт = 10.
Рисунок
3.1.
Графічне визначення теоретичного числа
ступенів
3.2.3 Висота насадки
Висота суцільного шару насадки складає:
м.
Для забезпечення змочуваності насадки, її розбиваємо на шари за співвідношенням [3]:
м.
Тоді висота одного шару насадки складе:
м.
де D – діаметр колони.
Кількість шарів:
Висоту перерозподільної зони між шарами насадки приймаємо h = 0,3÷0,5 м [2,6].
Висота насадкової частини колони:
Ннас = 2·4,57+0,5 = 9,64 м.
3.2.4 Загальна висота колони
З урахуванням висоти насадки, перерозподільної зони і відстані до кришки та дна, знаходимо:
Н = 9,64 + 1,2 + 1,8 = 12,64 м.
3.3 Розрахунок діаметрів патрубків
Для підводу-виводу матеріальних потоків приймаємо фланцеве з’єднання, діаметр патрубків для яких розраховуємо за виразом [2]:
м,
(3.8)
де V – об'ємна витрата потоку, м3/с;
ω – швидкість потоку в патрубку, м/с, приймаємо для рідин
ω=1–3 м/с, для пари ω – 8 ÷ 30 м/с [2].
3.3.1 Патрубок входу пари в колону із куба-кип'ятильника
Витрата пари Vп = 0,442 м3/с.
Приймаємо швидкість пари в патрубку ωпар=25 м/с.
Тоді
м.
Приймаємо за ГОСТ [5] діаметр патрубка dу=150 мм.
3.3.2 Патрубок виходу пари із колони
Так, як витрата пари по висоті колони постійна, то діаметр патрубка для виходу пари приймаємо такого ж діаметру, що і входу: dвих.пар=150 мм.
3.3.3 Патрубок подачі флегми в колону
Витрата флегми: Gф= L= 1,43 кг/с.
Приймаємо швидкість флегми в патрубку ωф=1,5 м/с.
Густина флегми:
.
Звідки ρср = 1240,69 кг/м3;
де ρсу, ρчху – густина сірковуглецю та тетрахлорметану,
при tф= tр = 47 0С ρсу = 1230 кг/м3, ρчху = 1542 кг/м3 [7];
xР – масова частка сірковуглецю в дистиляті.
Тоді
м.
Приймаємо за ГОСТ діаметр dф=40 мм. [5]