11. 6.2 Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения

13. s = 0,5(sА + sВ) (46),

15. где sА = 0,017 Н/м - поверхностное натяжение этанола;

16. sВ = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды.

s = 0,5×(0,017 + 0,059) = 0,038 Н/м

DРб = 4s/dэ (47)

где dэ = 0,005 м – диаметр отверстий.

DРб =4×0,038/0,005 = 30,4 Па

17. 6.3 Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя

19. DРсл = grжh0 (48)

где h0 –высота светлого слоя жидкости на тарелке.

h0 = 0,787q0,2hп0,56wТm[1 – 0,31exp(– 0,11m)](sж/sи)0,09 (49)

где q = L/rП – удельный расход жидкости;

П = 0,57 м – периметр сливного устройства;

hП = 0,03 м – высота сливного порога;

wт = wпSк/Sт – скорость пара отнесенная к рабочей площади тарелки;

sв = 0,059 Н/м – поверхностное натяжение воды

m – показатель степени m = 0,05 – 4,6hп = 0,05 – 4,6×0,03 = – 0,088

• нижняя часть:

hон = 0,787×[1,56/(928,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,81×0,502/0,41) – 0,088´

´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,022 м

• верхняя часть:

hов = 0,787×[0,39/(837,77×0,57)]0,2×0,030,56×(1,68×0,502/0,41) – 0,088´

´[1 – 0,31×exp(– 0,11×0,33)]×(0,038/0,059)0,09 = 0,017 м

DРн.сл = 928,77×9,8×0,022 = 198,49 Па

DРв.сл = 837,77×9,8×0,017 = 139,57 Па

21. 6.4 Полное сопротивление тарелки

23. DР = DРс + DРб· + DРсл (50)

DРн =219,51 + 30,40 + 198,49 = 448,40 Па

DРв = 241,53 + 30,40 + 139,57 = 411,5 Па

24. 6.5 Суммарное гидравлическое сопротивление рабочей части колонны

DРк = 448,40×6 + 411,5×12 =7629,6 Па

7 Тепловой расчет колонны

7.1 Расход теплоты отдаваемой воде в дефлегматоре

Qд = Р(1 + R)rр (51)

Qд = 0,34×(1+1,8) 1173,24 = 1116,92 кВт

где rр – теплота конденсации флегмы

rр = rA + (1 – )rв (52)

rр = 0,82×882 + (1 – 0,82)×2500 = 1173,24 кДж/кг

где rA = 882 кДж/кг – теплота конденсации этанола, кДж/кг

rв = 2500 кДж/кг–теплота конденсации воды, кДж/кг

В качестве охлаждаемого агента принимаем воду с начальной температурой 20°С, и конечной 30°С, тогда средняя разность температур составит:

Dtб = 77 – 20 = 57° С

Dtм = 77 – 30 = 47° С

Dtcр = (Dtб + Dtм) / 2 (53)

Dtcр = (57 + 47) / 2 = 52,0° С

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи:

К = 400 Вт/(м2×К), тогда требуемая поверхность теплообмена

F = Qд / (KDtср) (54)

F = 1116,92×103/(400×52,0) = 54 м2

Принимаем стандартный кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха 600 мм и длиной труб 4 м, для которого поверхность теплообмена равна 63 м2 (Приложение Д).

Расход охлаждающей воды

Gв = Qд / [св(tвк – tвн)] (55)

Gв = 1116,92/[4,19×102·(30 – 20)] = 0,27 кг/с

7.2 Расход теплоты в кубе испарителе

Qк = 1,03(Qд + Рсрtр + Wcwtw – FcFtF) (56)

где ср – теплоемкость дистиллята, кДж/(кг×К); сw – теплоемкость кубового остатка, кДж/(кг×К); сF– теплоемкость исходной смеси, кДж/(кг×К); 1,03 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

сp = xp сА + (1 – xp ) сВ; (57)

сА – теплоемкость этилового спирта, кДж/(кг °C) (Приложение Г);

сВ – теплоемкость воды, кДж/(кг °C) (Приложение Г).

сp=0,82·0,71·4,19+0,18·4,19= 3,19 кДж/(кг×К).

Аналогично находим сF =3,27 кДж/(кг×К) и сw =4,16 кДж/(кг×К).

Qк = 1,03(1116,92 + 0,34×3,19×77 + 1,05×4,16×99,1 – 1,39×3,27×68) = 1362,52 кВт