Технологический расчет холодильной установки

дипломная работа

6.1 Расчет ректификационной колонны

Основная цель расчета - определение конструктивных и технологических параметров ректификационной колонны.

Ректификационная колонна проектируемой установки представляет собой цилиндрический сосуд с внутренним диаметром в которой установлено 20 алюминиевых поперечно-точных тарелок с сепарацией фаз. Расстояние между тарелками . По высоте колонны попеременно установлены тарелки с двумя и с одним сливными карманами, тем самым обеспечивая попеременный ток жидкости.

Гидравлическое сопротивление колоны определяется, как сумма сопротивлений каждой тарелки , где - число тарелок;

- сопротивление тарелки.

Производим гидравлический расчет тарелки, который проверяет нормальную работоспособность колоны и подберем наиболее оптимальный диаметр перфорации тарелок.

Среднее сопротивление тарелки определим исходя из расчета верхнего и нижнего сечения колонны.

Расчет верхнего сечения колонны

Данные для расчета:

Тип тарелки - двухсливная.

Количество пара в сечении;

Количество жидкости в сечении;

Концентрация пара и жидкости;

Плотность пара;

Плотность жидкости;

Плотность азота в нормальных условиях;

Давление в сечении;

Температура ;

Коэффициент поверхностного натяжения:

,(6.1)

;

Расход жидкости в рабочих условиях:

,(6.2)

Расход пара в рабочих условиях:

,(6.3)

Ширина перфорационной полосы - ;

Диаметр перфорированного листа ;

Ширина приемного кармана - ;

Площадь барботажа ; (6.4)

Площадь сектора :

, (6.5)

где , (6.6)

,

, ,

;

Площадь треугольника :

, (6.7)

где , (6.8)

,

;

Рисунок. 9. - Схема двухсливной тарелки

Площадь сектора :

,(6.9)

где ,(6.10)

,

, ,

;

Площадь треугольника :

, (6.11)

где , (6.12)

,

;

Площадь сегмента :

, (6.13)

;

Площадь одной перфорированной полосы:

,(6.14)

;

Площадь барботажа:

;

Площадь щелевого зазора:

, (6.15)

где - длина щели для двухсливной тарелки,

- ширина щели,

Рисунок. 10. - Схема двухсливной тарелки

;

Скорость барботажа:

, (6.16)

Скорость пара в щелевом зазоре:

, (6.17)

Плотность орошения:

,(6.18)

где - периметр сливных перегородок,

,(6.19)

- длина сливной перегородки,

,

;

Коэффициент сопротивления щелевого зазора:

,(6.20)

где - угол наклона отбойника,

,

;

Критическая глубина потока:

,(6.21)

где - периметр перелива, равный двум длинам сливных карманов,

- ускорение свободного падения,

Высота наиболее узкого сечения кармана:

,(6.22)

Рекомендуется , принимаем .

Статический уровень жидкости на тарелке:

,(6.23)

Сопротивление щелевого зазора неорошаемой тарелки:

,(6.24)

Сопротивление щелевого зазора:

,(6.25)

;

Определение площади отверстий:

;(6.26)

При ;

При ;

При ;

Скорость пара в отверстиях:

;(6.27)

При ;

При ;

При ;

Коэффициент сопротивления отверстий:

;(6.28)

При ;

При ;

При ;

Минимально допустимая скорость пара в отверстиях тарелки:

;(6.29)

При

При ;

При ;

Каждый из вариантов перфорации обеспечивает работу тарелки полным сечением без провала жидкости, так как для каждого случая выполняется условие .

Сопротивление не орошаемой тарелки:

;(6.30)

При ;

При ;

При ;

Определение потерь напора от поверхностного натяжения:

Для , ;(6.31)

При ;

При ;

Для , ;(6.32)

При ;

Полное сопротивление тарелки:

;(6.33)

При ;

При ;

При ;

Максимально допустимое сопротивление тарелки:

,(6.34)

Каждый из вариантов перфорации удовлетворяет условию , следовательно колона работает стабильно без зависания.

Расчет нижнего сечения колонны

Данные для расчета:

Тип тарелки - односливная.

Количество пара в сечении;

Количество жидкости в сечении;

Температуры кипения чистых продуктов при :

Кислорода;

Азота;

Концентрации:

Пара;

Жидкости;

Плотности чистых насыщенных жидких продуктов:

Кислорода;

Азота;

Плотности чистых газообразных продуктов:

Кислорода;

Азота;

Плотность пара в нормальных условиях:

,(6.35)

;

Плотность жидкости в нормальных условиях:

,(6.36)

;

Плотность смеси пара:

,(6.37)

;

Плотность смеси жидкости:

,(6.38)

;

Коэффициент поверхностного натяжения:

Кислорода:

,(6.39)

;

Азота:

, (6.40)

;

Поверхностное натяжение смеси:

,(6.41)

;

Определение площади барботажа односливной тарелки:

;(6.42)

Ширина не перфорированных полос .

Ширина сливного кармана .

Площадь сектора :

Рисунок. 11. - Схема односливной тарелки

,(6.43)

где , (6.44)

,

,

;

;

Площадь сектора :

,(6.45)

где ,(6.46)

, , ;

;

Площадь треугольника :

,(6.47)

где ,(6.48)

,

;

Площадь треугольника :

,(6.49)

где ,(6.50)

,

;

Площадь сегмента :

,(6.51)

;

Площадь одной перфорированной полосы:

,(6.52)

;

Площадь барботажа:

,

Расход жидкости в рабочих условиях:

,(6.53)

;

Расход пара в рабочих условиях:

,(6.54)

;

Скорость барботажа:

,(6.55)

;

Площадь щелевого зазора:

,(6.56)

где - длина щели для односливной тарелки.

- ширина щели,

;(6.57)

Скорость пара в щелевом зазоре:

,(6.58)

;

Плотность орошения:

,(6.59)

где - периметр сливных перегородок,

,(6.60)

- длина сливной перегородки,

,

;

Критическая глубина потока:

,(6.61)

где - периметр перелива, равный двум длинам сливных карманов,

- ускорение свободного падения,

;

Высота наиболее узкого сечения кармана:

,(6.62)

;

Рекомендуется , принимаем .

Статический уровень жидкости на тарелке:

,(6.63)

;

Сопротивление щелевого зазора неорошаемой тарелки:

,(6.64)

;

Сопротивление щелевого зазора:

,(6.65)

;

Определение площади отверстий:

,(6.66)

При ;

При ;

При ;

Скорость пара в отверстиях:

;(6.67)

При ;

При ;

При ;

Коэффициент сопротивления отверстий:

;(6.68)

При ;

При ;

При ;

Минимально допустимая скорость пара в отверстиях тарелки:

;(6.69)

При ;

При ;

При ;

Условие , выполняется для всех вариантов перфорации, тарелка работает полным сечением без провала жидкости.

Сопротивление не орошаемой тарелки:

;(6.70)

При ;

При ;

При ;

Определение потерь напора от поверхностного натяжения:

Для , ;(6.71)

При ;

При ;

Для ;(6.72)

При ;

Полное сопротивление тарелки:

;(6.73)

При ;

При ;

При ;

Максимально допустимое сопротивление тарелки:

,(6.74)

;

Тарелка с перфорацией равной условие не выполняет.

Для проектируемой установки выбираем диаметр перфорации , так как ей соответствует меньшее сопротивление тарелки, а колонна при этом работает стабильно без зависания.

Среднее сопротивление тарелки:

,(6.75)

;

Общее сопротивление колоны:

;

Полученное сопротивление не превышает принятого в исходных данных задания. Таким образом, диаметр колонны и перфорации, расстояние между тарелками полностью удовлетворяют и обеспечивают нормальную работу нижней колонны.

Делись добром ;)