Проектування ректифікаційної колони для розділення СS2 – CCl4

     Визначаємо  діаметр верхньої частини колони. З цією метою спочатку розрахуємо допоміжні величини:

     

     

     Швидкість пари у верхній частині колони за умов заклинання:

     

     Робоча  швидкість пари у верхній частині  колони (к = 0,87):

     

     Розрахунковий діаметр верхньої частини колони:

     

 

     За  ГОСТ 9617-76  приймаємо стандартний  діаметр верхньої частини колони  D_c=0,7 м,

     Дійсна  щільність зрошення:

     

 

     Перевіряємо співвідношення щільностей зрошення:

     

     Що  більше, ніж 1,1, тобто вибрані насадки  зрошуються повністю.

     Визначаємо  діаметр нижньої частини колони. Допоміжні величини для

     формули:

     

           

     швидкість пари в нижній частині колони за умов захлинання:

     

     робоча  швидкість пари в нижній частині  колони (к=0,87):

     

     розрахунковий діаметр нижньої частини колони:

     

     За  ГОСТ 9617-76  приймаємо стандартний діаметр нижньої частини колони D_c=0,9 м.

     Загальний діаметр всієї колони приймаємо 1 м.

     Дійсна  щільність зрошення:

     

     Перевіряємо співвідношення щільностей зрошення:

     

     Що  більше, ніж 1,1, тобто вибрана раніше насадка зрошується повністю.

     Уточнена  фіктивна швидкість пари, віднесена  до повного перерізу незаповненої колони,

     У верхній частині колони:

     

 

     у нижній частині колони:

     

     В результаті розрахунку отримали значення діаметру колони, що складає 1000 мм, а також обрали тип насадки – керамічні кільця Рашига. 
 
 
 
 

     4.8 Визначення висоти колони та розрахунок висоти насадки  

     Метою розрахунку є визначення висоти ректифікаційної  колони, висоти шару насадок та кількості секцій.

     Для визначення числа одиниць переносу складаю таблицю значень складу y легколетючого компонента CS₂ в парах для ряду точок робочої лінії і відповідних їм значень рівноважниж складів y_p. Для цього використовую робочу лінію і криву рівноваги. Значення рівноважних складів y_p беру із таблиці 4.1 та 4.2, а відповідне їм значення y знаходжу по діаграмі рівноваги (рис 4.1). Крім цьго для кожної точки вичисляєм величини Отримані дані зводим в таблицю 4.4.

     Таблиця 4.4 - Знаходження одиниць переносу.

 

Будую графік залежності

Рисунок 4.5 Графік залежності 1/(y_p-y) від y

      Число одиниць переносу для верхньої частини  колони z = площі, обмеженої отриманою кривою, віссю абсцис і ординатами, що проведені через точки, в яких концентрації = y_p  і   y_к. В даному випадку:

      

      

      Загальну  висоту переносу визначим по рівнянню адетивності:

      

де  і - часні висоти одиниіь переносу відповідно в рідкій та паровій фазах.   m – середній тангенс кута нахилу.

     Середнє значення тангенса кута нахилу кривої рівноваги знаходимо шляхом заміни кривої рівноваги ламаною, яка. має  n=11 прямолінійних частин з тангенсами кутів нахилу m_i,. Тоді для верхньої і нижньої частин колони

     

  ,  а    

     причому для верхньої частини колони х_і, буде знаходитися в межах [Xf; Xp] а для нижньої - в межах [Xw; Xf]. 

     Таблиця 4.5 - Результати розрахунку середнього значення тангенса кута нахилу кривої рівноваги.

 

     Таким чином,  m’=0,54, a m”=1,298

      Значення  і обраховуються по залежностям:

      

      

     Значення  критерію Рейнольдса парової фази

        для верхньої частини  колони:

        

 

        для нижньої частини  колони:

        

     Значення  критерію Рейнольдса рідкої фази

        для верхньої частини  колони:

        

 

        для нижньої частини  колони:

        

        Перш  ніж визначати значення критерію Прандтля потрібно визначити коофіцієнт дифузії в паровій та рідкій фазах:

        для верхньої частини колони:

          м²/год

        для нижньої частини колони:

           

  м²/год

        Для обрахунку коофіцієнта дифузії  в рідкій фазі користуються співвідношенням:

        

        Де

        для верхньої частини колони: 

     А температурний коофіцієнт b:

     

     

 м²/год

для нижньої частини колони: 

     А температурний коофіцієнт b:

     

     

 м²/год

     Значення  критерію Прандтля парової фази

        для верхньої частини  колони:

        

 

        для нижньої частини  колони:

     

     Значення  критерію Прандтля рідинної фази

        для верхньої частини  колони:

        

 

        для нижньої частини  колони:

     

 

     Висота  для парової фази :

        для верхньої частини  колони:

     

        для нижньої частини  колони:

     

     Висота  для рідкої фази :

        для верхньої частини  колони:

     

        для нижньої частини  колони:

     

     Висота  насадок, еквівалентна до одиниці переносу, і складає

        для верхньої частини  колони:

     

        для нижньої частини  колони:

     

      

     Розрахункова  висота  насадок:

     у верхній частині колони:

     

 

     в нижній частині колони:

     

.

     Повна висота насадки в колоні:

     

     Висота  вільного простору над насадками  у верхній частині колони, коли D’_c=0,7 м, Z_B=0,6 м. Висота вільного простору під насадками в нижній частині колони, коли D”_c=0,9 м, Z_Н=1,5 м. ( - висота проміжків між секціями =0,5).

     Тоді  загальна висота колони:

     

     Отже, в результаті отримали значення висоти колони, що складає 12,87 м. 
 
 

     4.9 Розрахунок гідравлічних опорів

     Метою розрахунку є  визначення чисельного значення робочої швидкості пари у колоні та гідравлічного опору зрошених насадок в колоні.