Определение числа тарелок и высоты колонны.

Наносим рабочие линии на диаграмму y-x верхней и нижней части колонны и находим число ступеней изменения концентрации n_T. . В Верхней части колонны n'_T=3, в нижней части n''_T≈2, всего 5 ступеней.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

где n_T – число теоретических тарелок – ступеней изменения концентрации, которые находят графическим построением между линиями равновесия и рабочей на x-y диаграмме;

η – среднее КПД тарелок.

Для определения η находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов α=P_э.с./P_{в .} Динамический коэффициент вязкости исходной смеси μ при средней температуре в колонне, равной ).

При этой температуре давление насыщенного пара этилового спирта определим по закону Дальтона:

давление насыщенного водяного пара при .

Откуда

Динамический коэффициент вязкости исходной смеси:  при средней температуре в колонне ): μ=0,49∙10^-3 (Па∙с)

Тогда αμ=8,82∙0,49=4,32.

По графику (рис.7.4 стр.314 [1]) находим η=0,32

Длина пути жидкости по тарелке из геометрических построений:

 где радиус тарелки, периметр слива. Найдем длину свободного сечения : ;

где D=0,9 м – диаметр колонны.

По графику (рис.7.5 стр.315 [1]) находим значение поправки на длину пути: для Δ=0.

Средний КПД тарелок по уравнению:

η_l=η(1+Δ)=0,32(1+0)=0,32        

3.4.1.Число тарелок:

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

3.4.2. Высота тарельчатой части колонны:

         Общая высота колонны [3, c.235] :

         Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Здесь ,

где r_э.с.≈855∙10³ (Дж/кг) и r_в≈2322∙10³ (Дж/кг) – удельные теплоты конденсации этилового спирта и воды при =357,8°C (табл. XLV стр.525[1]).

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Здесь тепловые потери Q_пот  приняли в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты, удельные теплоемкости взяты соответственно при

При t_D=79,5°С - c_D= 3370,6Дж/(кг∙К)

При t_W=94°С - c_W=  Дж/(кг∙К)

При t_F=85°С - c_F= 3943,6 Дж/(кг∙К)

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Здесь тепловые потери приняты 5%, удельная теплоемкость исходной смеси c_F= 3838 Дж/(кг∙К) взята при средней температуре (85+18)/2=51,5°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

где удельная теплоемкость дистиллята c_D= 3120 Дж/(кг∙К) взята при средней температуре (79,5+25)/2=52,25°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость кубового остатка c_W=  Дж/(кг∙К)

взята при средней температуре (94+25)/2=59,5°С.

Расход греющего пара, имеющего давление P_абс=4 кгс/см² и влажность 5%:

а) в кубе-испарителе:

где r_гп=2141∙10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 0,78+0,2=0,98 кг/с

а) в дефлегматоре:

б) в водяном холодильнике дистиллята:

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего 0,01+0,0009+0,0025=0,0134 м³/с или 48,24 м³/ч.

.

Расчет толщины обечаек.

Главным составным элементом корпуса ректификационной колонны является обечайка. Цилиндрические обечайки из стали при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготавливают вальцовкой листов с последующей сваркой стыков.

Так колонна работает под атмосферным давлением (101325 Па) , то условно примем, что внутреннее давление в аппарате Р_ср=0,16 МПа, тогда толщину тонкостенной обечайки определим по формуле:

Где D – внутренний диаметр обечайки, D=0,9 м;

 =142 Н/м² при t=100℃ (рис. IV.1. стр.76 [4]) – допустимое напряжение на растяжение для материала обечайки – сталь Х18Н10Т.

Коэффициент φ учитывает ослабление обечайки из-за сварного шва и наличия отверстий φ= φ_ш·φ_о, причём для сварных обечаек принимаем , в зависимости от типа сварного шва. Принимаем φ_ш=0,95 – сварной шов стыковой двухсторонний. Отверстия в обечайке укреплены φ_о=1.

Прибавку толщины с учётом коррозии С_к определяют по формуле:

,

Где τ_a=10 год – амортизационный срок службы аппарата;

П=0,1 мм/год коррозионная проницаемость.

Полученное суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормативного значения добавлением С_окр

 м

Условие

Условие выполняется.

Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить:

 МПа