Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 6

, где                ;                    , здесь  – скорость пара в свободном сечении колонны, м/с ( = 1,0 м/с);  – высота сепарационного пространства;  – высота перелива;  – коэффициент, зависящий от конструкции тарелки; φ = 1,18 – величина, отражающая влияние конструкции тарелки.

Тогда

, , а

.

Условие на брызгоунос выполняется, т. к. 0,00139 < 0,1.

Выбранная тарелка и гидродинамические условия в колонне обеспечивают эффективный режим ее работы.

Уточненный расчет расстояния между тарелками и

высоты колонны

Несмотря на то, что выбранное расстояние между тарелками  = 0,3 м обеспечивает нормальную работу гидрозатвора, выполняются условия работы колонны по брызгоуносу, проверим это расстояние на зависимость от диаметра колонны (тарелки).

По данным [20] данная зависимость имеет вид

.                                                                   (30)

Тогда

.

Принимаем  = 0,5 м [13, 22].

Высоту колонны уточним по формуле

,                                                        (31)

где  – расстояние между верхней тарелкой и крышкой, м;  – расстояние между нижней тарелкой и днищем, м.

По данным [5, 22]  = 1,0 м,  = 2,0 м, тогда

.

Окончательно принимаем , .

Расчет диаметров штуцеров ректификационной колонны. Рассчитаем диаметры основных штуцеров, через которые проходят известные по величине материальные потоки, а именно: штуцер подачи исходной смеси, штуцер выхода паров из колонны, штуцер подачи флегмы, штуцер выхода кубового остатка.

Независимо от назначения штуцера его диаметр рассчитывают из уравнения расхода

, где  – объемный расход среды через штуцер, м³/с;  – скорость движения среды в штуцере, м/с.

Объемный расход среды определяют делением массовой производительности на плотность жидкости или газа. Скорость движения принимается ориентировочно в зависимости от того, каким образом организовано движение потока: самотеком или вынужденно. В связи с тем, что скорость движения выбирается ориентировочно, можно принимать плотность флегмы равной плотности метанола, а плотность кубового остатка – равной плотности воды.

Штуцер подачи исходной смеси

,          .

При  (см. t–y–x-диаграмму (рис. 2)) ,  [23].

Тогда

,

.

Принимая  (1,0…1,5 м/с), получим

.

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 68×3,5 мм (внутренний диаметр  0,061 м) [3].

Скорость движения питательной смеси в штуцере

.

Штуцер подачи флегмы

.

При   [23, 27].

Тогда

.

Принимая , получим

.

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 68×3,5 мм (внутренний диаметр d_вн = 68 – 2·3,5 = 61 мм = 0,061 м.

Скорость движения флегмы в штуцере

.

Штуцер выхода кубового остатка

.

При   [23].

Тогда

.

Принимая υ_xW = 0,6 м/с (0,5…0,6 м/с), получим

.

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 76×4 мм (внутренний диаметр d_вн = 76 – 2·4 = 68 мм = 0,068 м.

Скорость движения кубового остатка в штуцере

.

Штуцер выхода паров из колонны

 (см. выше).

Принимаем , тогда

.

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера 426×11 мм (внутренний диаметр d_вн = 426 – 2·11 = 404 мм = 0,404 м.

Скорость движения паров в штуцере

, что соответствует рекомендациям [23].

Для всех штуцеров выбираем стандартные фланцы тип 1 [12].

Тепловой расчет ректификационной колонны

Целью расчета является определение расхода греющего пара на обогрев колонны.

По диаграмме t–y–x (рис. 2) находим температуру кипения исходной смеси (), температуру кипения дистиллята () и температуру кипения кубового остатка ().

Для расчета удельных теплоемкостей с и теплоты испарения r смесей этанола с водой принимаются следующие значения удельных теплоемкостей и теплоты испарения чистых веществ (С₂H₅OH , Н₂О) [23, 25]:

- для метанола (при )

,  ;

- для воды

,  .

Расчет ведется на массовые количества по формулам [25]:

                                              (32)