Способ

1 способ

Сначала определим плотность жидкого бензола при t_D=83⁰С и жидкого толуола при t_W=109⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:

·  Плотность жидкого бензола при t_D=83⁰С:

При t=80⁰С→ρ_Б=815 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Б=793 кг/м³

·  Плотность жидкого толуола при t_W=109⁰С:

При t=100⁰С→ρ_T=788 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_T=766 кг/м³

Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне по формуле (2.45):

 

2 способ

Сначала определим плотность жидкого бензола и толуола при t_{ср в}=89⁰С и при t_{ср н}=103⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:

·  Плотность жидкого бензола при t_{ср в}=89⁰С:

При t=80⁰С→ρ_Б=815 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Б=793 кг/м³

·  Плотность жидкого толуола при t_{ср в}=89⁰С:

При t=80⁰С→ρ_Т=808 кг/м³; при t=100⁰С→ρ_Т=788 кг/м³

·  Плотность жидкого бензола при t_{ср н}=103⁰С:

При t=100⁰С→ρ_б=793 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_б=769 кг/м³

·  Плотность жидкого толуола при t_{ср н}=103⁰С:

При t=100⁰С→ρ_T=788 кг/м³; при t=120⁰С→ρ_T=766 кг/м³

Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости в верхней и нижней частях колонны по формуле (2.46, 2.47):

а) в верхней части колонны при t_ср.В.=89⁰С:

б) в нижней части колонны при t_{ср н}=103⁰С:

Затем рассчитаем среднюю плотность жидкости в колонне:

Определим скорость пара в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.54, 2.55), принимая расстояние между тарелками h=300 мм. Для ситчатых тарелок находим по графику С–h коэффициент С=0.032 (см. рис. 2.19):

а) в верхней части колонны:

 

б) в нижней части колонны:

Диаметр колонны определим по уравнениям (2.56, 2.57):

а) в верхней части колонны (G_В=3.53 кг/с; ω_B=0.55 м/с; ρ_y,B=2.73 кг/м³):

б) в нижней части колонны (G_Н=3.80 кг/с; ω_Н=0.54 м/с; ρ_y,Н=2.83 кг/м³):

Рассчитаем скорость пара в колонне при стандартном диаметре D=1800 мм по формулам (2.58, 2.59):

а) в верхней части колонны:

 

б) в нижней части колонны:

 

Рассчитаем среднюю скорость пара по формуле (2.60):

3.5. Высота колонны

По диаграмме t–x,y (см. рис. 3.20) определим составы фаз при средних температурах верхней и нижней частей колонны:

при t_ср.В.=89⁰С→x_В=0.480; y_В=0.790

при t_ср.Н.=103⁰С→x_Н=0.140; y_Н=0.336

Определим вязкости бензола и толуола при средних температурах верхней и нижней частей колонны интерполяцией с использованием справочной информации по вязкости веществ [8]:

·  Вязкость бензола при t_ср.В.=89⁰С:

µ⁸⁰_Б=0.316 мПа·с; µ¹⁰⁰_Б=0.261 мПа·с

·  Вязкость бензола при t_ср.Н.=103⁰С:

µ¹⁰⁰_Б=0.261 мПа·с; µ¹²⁰_Б=0.219 мПа·с

·  Вязкость толуола при t_ср.В.=89⁰С:

µ⁸⁰_Т=0.319 мПа·с; µ¹⁰⁰_Т=0.271 мПа·с

·  Вязкость толуола при t_ср.Н.=103⁰С:

µ¹⁰⁰_Т=0.271 мПа·с; µ¹²⁰_Т=0.231 мПа·с

Рассчитаем среднемолярные вязкости жидкости (смеси) в колонне по формулам (2.27, 2.28):

а) в верхней части колонны при t_ср.В.=89⁰С:

б) в нижней части колонны при t_ср.Н.=103⁰С:

Рассчитаем вязкости пара в колонне по формулам (2.29, 2.30):

а) в верхней части колонны при t_ср.В.=89⁰С:

а) в нижней части колонны при t_ср.Н.=103⁰С:

Находим коэффициент относительной летучести по составам фаз при средних температурах для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.25, 2.26):

а) для верхней части:

 

б) для нижней части:

Определим:

Далее по графику  (см. рис. 2.18) определим значения средней эффективности тарелок:

Рассчитаем число действительных тарелок для верхней и нижней частей колонны:

а) для верхней части (2.31):

б) для нижней части (2.32):

Тогда общее число действительных тарелок:

Далее значения Z_В и Z_Н выбираем в соответствии с рекомендациями:

Диаметр колонны, мм	ZВ, мм	ZН, мм
400–1000	600	1500
1200–2200	1000	2000
2400 и более	1400	2500

Рассчитаем высоту колонны по формуле (2.33):

 

3.6. Расчет гидравлического сопротивления тарелок колонны

Технические характеристики ситчатой тарелки типа ТС–Р при диаметре колонны, равном 1800 мм, представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Технические характеристики тарелки типа ТС–Р

диаметр отверстий d0, мм	5
шаг между отверстиями при d0=5 мм t, мм	10–17
относительное свободное сечение тарелки при t в пределах 10–17 мм FC, %	18.8–5.8
свободное сечение колонны S, м2	2.54
рабочее сечение тарелки Sт, м2	2.294
высота переливного порога hПЕР, мм	40
периметр слива LC, м	1,32
ширина переливного порога b, м	0.289
расстояние между тарелками h, мм	300
коэффициент сопротивления ξ	1.1–2.0
Примечание: t принимаем равным 15 мм FC рассчитан интерполяцией и равен 9,5% LC рассчитан и равен 1,32 м bрассчитан и равен 0.289 м ξ принимаем равным 1,85

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелок для верхней части колонны: 1. Найдем скорость пара в отверстиях тарелки:

2. Определим гидравлическое сопротивление сухой тарелки по формуле (2.62) при =5.47 м/с:

3. Рассчитаем поверхностное натяжение жидкости (бензол и толуол) при средней температуре в верхней части колонны t_ср.в.=89⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по поверхностному натяжению веществ [8]:

·  Поверхностное натяжение бензола:

· 

При t=80⁰С→σ_Б=21.3·10^-3 Н/м, при t=100⁰С→σ_Б=18.8·10^-3 Н/м

·  Поверхностное натяжение толуола:

При t=80⁰С→σ_Т=21.5·10^-3 Н/м, при t=100⁰С→σ_Т=19.4·10^-3 Н/м

Тогда:

4. Определим сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения по формуле (2.64):

5. Определим объемный расход жидкости в верхней части колонны по формуле (2.65):

 

6. Периметр сливной перегородки (слива) L_C и ширину переливного порога b находим, решая систему уравнений:

Решение дает: L_C=1.32 м; b=0.289 м

7. Находим высоту слоя над сливной перегородкой по формуле (2.67):

8. Рассчитаем высоту парожидкостного слоя на тарелке по формуле (2.69):

9. Определим сопротивление парожидкостного слоя по формуле (2.71):

Итак, гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны составит по (2.61):

Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелок для нижней части колонны:

1. Определим гидравлическое сопротивление сухой тарелки по формуле (2.63) при =5.47 м/с:

2. Рассчитаем поверхностное натяжение жидкости (бензол и толуол) при средней температуре в нижней части колонны t_ср.н.=103⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по поверхностному натяжению веществ [8]:

·  Поверхностное натяжение бензола:

При t=100⁰С→σ_Б=18.8·10^-3 Н/м; при t=120⁰С→σ_Б=16.4·10^-3 Н/м

·  Поверхностное натяжение толуола:

При t=100⁰С→σ_Т=19.4·10^-3 Н/м; при t=120⁰С→σ_Т=17.3·10^-3 Н/м

Тогда:

3. Определим сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения по формуле (2.64):

5.Определим объемный расход жидкости в нижней части колонны по формуле (2.66):

 

5. Находим высоту слоя над сливной перегородкой по формуле (2.68):

6. Рассчитаем высоту парожидкостного слоя на тарелке по формуле (2.70):

7. Определим сопротивление парожидкостного слоя по формуле (2.72):

Итак, гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны составит по (2.61):

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h=0.3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие:

,

следовательно, условие выполняется.

Проверим равномерность работы тарелок – рассчитаем минимальную скорость пара в отверстиях ω_о,min достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями.

ω_о<ω_о,min→5.47<6.94, следовательно, тарелки будут работать не всеми отверстиями.