Вопрос №1. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, работающей под внутренним давлением.

Толщина стенки определяется по формуле:

где с - прибавка состоящая из: с₁ - прибавка на коррозию ; с₂ - прибавка на минусовой допуск ; с₃ - технологическая прибавка.

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

Производить расчет на прочность для условий испытания не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35[₂₀]/[].

Вопрос №2. Расчет толщины крышек и днищ. Их виды.

Днища, как и обечайки, являются одним из основных элементов технологических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются днищами. Днище неразъемно соединено с обечайкой.

Форма днищ бывает эллиптическая, полусферическая, в виде сферического сегмента, коническая, плоская и торосферическая. Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без отбортовки, а эллиптические – только с отбортовкой.

Наиболее распространенной формой днищ в сварных технологических аппаратах является эллиптическая с отбортовкой на цилиндр.

Днища с наружными базовыми диаметрами применяются для корпусов из труб, а с внутренними базовыми диаметрами – для корпусов, свальцованных из листов.

Расчет эллиптических днищ, работающих под внутренним давлением, заключается в определении расчетной толщины стенки S.

Расчет выполняется в зависимости от величины отношения определяющих параметров: где допускаемое напряжение на растяжение для материала днища,,внутренне избыточное давление,коэффициент ослабления днища сварочным швом или неукрепленными отверстиями.

Расчет днища возможен как по внутреннему базовому диаметру , так и по наружному. При расчете по диаметруноминальная толщина стенкиопределяется по формуле, мм:

При этом отношение определяющих параметров должно составлять:

Если отношение больше или равно 25, толщину стенки получают по формуле: гдевнутренний радиус кривизны в вершине днища, м.

Здесь глубины выпуклости, м.

При расчете по диаметру , вне зависимости от отношения определяющих параметровгденаружный радиус кривизны в вершине днища, м. Здесьглубины выпуклости, м.

Для стандартных днищ ии поэтомуи.

Толщина стенки определяется по формуле: где суммарная прибавка к расчетной толщине обечайки, мм,

Величина в общем виде определяется по формулегдеприбавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал, мм,прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия среды на материал, мм,дополнительная прибавка по технологическим и монтажным соображениям, мм,прибавка на окружение размера до ближайшего по сортаменту размера, мм.

В отличие от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой корпуса, крышки являются отъемными узлами или деталями аппаратов, герметично закрывающими корпус. Крышки в аппарате служат для удобства сборки, осмотра и ремонта узлов аппарата.

Расположение крышек в аппарате может быть сверху, снизу и с боков. По форме крышки бывают круглые, прямоугольные и фасонные. Наибольшее распространение имеют круглые крышки, как более технологичные в изготовлении.

Круглые крышки представляют собой, в основном, полусферическое или эллиптическое днище с приваренным к нему фланцем. Такой же фланец приваривается к корпусу аппарата. Для крепления крышки к корпусу используются болты или шпильки, размеры и количество которых должно быть достаточным, чтобы обеспечить необходимое прижимное усилие и герметичность аппарата при работе и испытаниях.

Толщина стенки крышки рассчитывается аналогично толщине стенки днища.

Вопрос №3. Расчет толщин стенок обечаек, работающих под наружным давлением.

Толщина стенки определяется по формуле:

где с - прибавка состоящая из: с₁ - прибавка на коррозию; с₂ - прибавка на минусовой допуск; с₃ - технологическая прибавка.

Коэффициент K₂ = f (K₁;K₃) определяется по расчетной номограмме в зависимости от значений коэффициентов К₁ и К₃:

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяются по формуле:

где

Расчетная длина обечайки выбирается в зависимости от ее конфигурации.

С помощью расчетной номограммы можно определять s_R,[p] и l.

Полученное значение толщины стенки должно быть проверено по формуле [p].

Вопрос №4. Параметры расчета фланцевых соединений.

Фланец – соединительная часть труб, резервуаров, валов и др., выполняемая, как правило, заодно с основной деталью; обычно плоское кольцо или диск с отверстиями под болты или шпильки. Обеспечивает герметичность и (или) прочность соединения.

С помощью фланцев присоединяются к аппаратам всевозможные крышки, трубы, соединяются между собой составные корпуса.

Фланцы бывают цельными и свободными.

Цельные фланцы представляют собой одно целое с соединяемыми частями (приварные, литые), используются при низких и средних давлениях среды в аппарате. Свободные фланцы целесообразно применять при требовании независимой координации (в плоскости фланцев) соединяемых частей по отверстиям для болтов, а также когда необходимо иметь фланцы из более прочного материала, чем соединяемые части.

При конструировании и расчете фланцевого соединения задаются:

1 конструкционный материал фланцев и болтов (шпилек),

2 давление ,

3 внутренний диаметр соединения ,

4 толщина стенки аппарата .

Выбирают конструкцию и материал прокладки, определяют ширину прокладки . Выбирают тип фланцевого соединения в зависимости от давления и температурысреды в аппарате.

Если возможно, то подбирают стандартный фланец, стандартного фланца с необходимыми параметрами нет, то производят расчет фланцевого соединения.

1 Находят расчетные величины:

1.1 меньшая толщина конической втулки фланца ,

1.2 отношения большей толщины втулки фланца к меньшей ,

1.3 большая толщина втулки фланца ,

1.4 длина приварного встык фланца .

2 Выбирают диаметр болтов (шпилек).

3 Находят диаметр болтовой окружности.

4 Находят наружный диаметр фланца.

5 Находят наружный диаметр прокладки.

6 Находят средний диаметр прокладки.

7 Находят эффективную ширину прокладки.

8 Находят ориентировочное число болтов (шпилек).

Вопрос №5. Определение геометрических параметров фланцевых соединений.

В химической промышленности применяют в ос­новном следующие типы фланцев для труб, трубной арматуры и аппаратов: стальные плоские приварные к корпусу и стальные приварные встык (рис. 1.2).

При конструировании аппарата следует применять стандарт­ные и нормализованные фланцы. Такие фланцы выпускают от­дельно для арматуры и трубопроводов на D_y до 800 мм и для ап­паратов на D_y от 400 мм и более. Расчет фланцевых соединений проводят в тех случаях, когда не представляется возможным при­менение нормализованных фланцев ввиду отсутствия фланцев требуемых параметров.

Расчет фланцевого соединения требует вычисления следующих расчетных величин:

- меньшей толщины конической втулки фланца

, но ;

- отношения большей толщины втулки фланца к меньшей для приварных встык фланцев и болтов выбирают по графику, для плоских приварных фланцев;

- большей толщины втулки фланца ,для плоских приварных фланцев принимают;

- высоты втулки приварного встык фланца .

Кроме того, определяют:

- эквивалентную толщину втулки фланца

,

для плоского приварного фланца ;

- диаметр болтовой окружности ,м:

а) для приварных встык фланцев

б) для приварных плоских фланцев

- наружный диаметр фланца , гдеа – величина, зависящая от типа и размера гайки, м; - диаметр болта, м; размерпринимают кратным 10 или 5 мм;

- наружный диаметр прокладки , где значениевыбираем в зависимости от диаметра болтов и вида прокладки;

- средний диаметр прокладки , где- ширина прокладки;

- эффективную ширину прокладки ,м:

а) для плоских прокладок:

,при ,,при;

б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений:

- ориентировочное число болтов (шпилек)

, где - шаг болтов, м. Окончательное число болтов определяется как ближайшее большее кратное четырем;

- ориентировочную толщину фланца

, где определяется по графику.

Вопрос №6. Укрепление отверстий в стенках аппарата. Расчет укрепления отверстий.

Необходимые отверстия для штуцеров и люков в стенках корпуса, крышки, днища сварного аппарата ослабляют стенки, поэтому большинство из них укрепляют. На рис. 1.7 показаны типовые конструкции укреплений отвер­стий в стенках сварных аппаратов. Наиболее рациональным и по­этому предпочтительным является укрепление патрубком штуце­ра (рис. 1.7, типы а и б). Изложенная ниже методика укрепления одиночных отверстий в стенках аппаратов из пластичных материалов, работающих при статических нагрузках, применяется при следующих условиях:

1 для круглых отверстий в стенках цилиндрических обечаек и сферических и эллиптических днищ

2 для круглых отверстий в стенках конических обечаек и днищ , где α - половина угла при вершине конуса; остальные параметры на рис. 1.7;

3 для овальных отверстий где- длины меньшей и большей осей овального отверстия. При расчете укрепления овальных отверстий используют параметрd — длину большей оси овального отверстия, т.е. d=

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияние, что возможно, когда рас стояние между центральными осями соответствующих штуцер удовлетворяет условию где А_Д— расстояние между осями штуцеров, м; d_1, d₂- внутренние диаметры первого и второго штуцеров, м; S_ш1 , S_ш2 — толщина стен­ки первого и второго штуцеров, м.

Рис. 1.7. Расчетные схемы для различных конструкций укрепления отверстий в стенках аппаратов, работающих при статических нагрузках: а - укрепление односторонним штуцером; б- двусторонним штуцером; в- одно­сторонним штуцером и накладкой; г— двусторонним штуцером и двумя накладка­ми; д- отбортовкой и штуцером; е — бобышкой

Если расстояние А между двумя смежными отверстиями будет меньше А_Д, то расчет укреплений можно производить так же, как для одиночного отверстия с условным диаметром , где С — конструктивная прибавка, м.

Наибольший допустимый диаметр d_Д, м, одиночного отверстия в стенке, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле гдеS' - номинальная расчетная толщина стенки корпуса аппарата без конструктивной прибавки и при ϕ_ш = 1, м; ϕ — коэффициент прочности сварного шва.

Если диаметр отверстия , то укрепления отверстия (и со­ответственно дальнейшего расчета) не требуется. Если , то необходимо выбрать тип укрепления и для него выполнить изло­женные ниже условия.

В случае приварки штуцера или трубы к стенке аппарата по схемам а и б на рис. 1.7 (наиболее часто встречающийся случай при конструировании) укрепление отверстия этим штуцером яв­ляется достаточным, если соблюдаются условия:

• при одностороннем штуцере (схема а)

(1)

• при двустороннем штуцере (схема б)

(2)

где- номинальная расчетная толщина стенки штуцера (без прибавок и при ϕ = 1), м.

При несоблюдении условий (1), (2) в соединение необ­ходимо вводить дополнительные укрепления в виде местного утолщения стенки штуцера, местного утолщения укрепляемой стенки или накладки. Толщину стенки штуцера, участвующей в Укреплении, исходя из рациональной сварки, не рекомендуется увеличивать более чем до 2S.

При укреплении отверстия штуцером и накладкой первона-^ча;1ьная толщина стенки не увеличивается, а толщину укрепляющей накладки S_Н принимают равной толщине стенки S.

Укрепление в этом случае обеспечивается при условиях:

Для схемы в (рис. 1.7)

(3)

для схемы г (4)

Если условия (3) или (4) не будут выполнены, то необхо­димо увеличить толщину стенки штуцера S_Ш (до S_Ш < 2S), либо тол­щину накладки S_H (в тех же пределах), либо то и другое до соблю­дения указанных условий.

При приварке штуцера или трубы к отбортованной стенке по схеме д (рис. 1.7) укрепление отверстий отбортовкой и штуцером является достаточным, если соблюдено условие

Следует иметь в виду, что толщина отбортовки S₆ из техноло­гических соображений может быть не более 0,85, чем и ограничи­вается применение таких укреплений.

Укрепление отверстий бобышкой по схеме е (рис. 1.7) являет­ся достаточным, если соблюдено условие

Ширина накладки b_H (или бобышки) рассчитывается по фор­муле

Вопрос №7. Типы опор аппаратов. Особенности расчета опор аппаратов.

Установка аппаратов на фундамент осуществля­ется преимущественно с помощью опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются лишь аппараты с плоским днищем, предназначенные главным образом для работы под налив.

В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.

При установке вертикальных аппаратов на открытой площадке, когда отношение высоты опоры к диаметру аппарата , Рекомендуется применять цилиндрические или конические опо­ры (рис. 1, а, б) высотой Н' не менее 600 мм. Для аппаратов с эллиптическими днищами, устанавливаемых на фундамент внутри помещения, а также при H/D<5 рекомендуется применять опоры, изображенные на рис. 1.11, в. При подвеске аппаратов между перекрытиями или при установке их на специальные опорные конст­рукции применяют лапы (рис. 1, г). Опоры для горизонтальных цилиндрических аппаратов могут быть съемными (рис. 1, д, сле­ва) или жестко соединенными с аппаратом (рис. 1,5, справа).

Рис. 1 Типы опор аппаратов:

а - цилиндрическая опора; б- коническая опора; в - стойки; г- лапы;

д - седловая опора

Число седловых опор (рис. 1, д) должно быть не менее 2. При этом одна опора должна быть неподвижной, остальные - подвижными. Расстояние между неподвижной опорой и подвижной выбирается так, чтобы температурные удлинения аппарата между смежными опорами не превышали 35 мм.

При расчете лап определяют размеры ребер. Отношение выле­та ребра к его высоте l/h (рис. 1, г) рекомендуется принимать равным 0,5. Толщину ребра определяют по формуле ,где G_max — максимальный вес аппарата, МН (обычно бывает при гидроиспытаниях); n — число лап; Z— число ребер в одной лапе (одно или два); l— вылет опоры, м; [σ] — допускаемое напряжение на сжатие (можно принимать равным 100 МПа); коэффициент K вначале принимают равным 0,6, а затем его уточняют по графику.

Прочность сварных швов должно отвечать условию , гдеL_ш - общая длина сварных швов, м; h_щ - катет сварного шва, м (обычно h_ш = 0,008 м); [τ]_ш — допускаемое напряжение материала шва на срез, МПа ([τ]_ш ≈ 80 МПа).

Расчет седловых опор (рис. 1,5) сводится в основном к выбо­ру числа опор и проверке необходимости установки (приварки) накладки к аппарату под опорную поверхность опоры. В химиче­ской промышленности обычно устанавливают 2-3 опоры. Рас­смотрим расчет аппаратов с двумя седловыми опорами:

• реакция опоры для аппарата, установленного на двух опорах, , гдеG- вес аппарата в рабочем состоянии, МН;

• изгибающий момент в середине аппарата

• изгибающий момент в сечении под опорой где- коэффициенты, принимаемые по графикам в зави­симости от параметровL/D H_К/D; остальные параметры показа­ны на рис.2;

Рис. 1.2. Расчетные нагрузки в горизонтальных аппаратах, установленных на двух седловых опорах

изгибающий момент в сечении над приварной седловой опорой в случае ее скольжения по опорной плите , где- наибольшая и наименьшая высоты ребер опоры.

Прочность стенки аппарата от совместного действия внутренне­го давления Р и изгиба от реакции опор проверяется в двух сечениях:

посередине пролета

над опорой

где коэффициент для обечаек, не укрепленных кольцами жесткости в опорном сечении, определяемый по графику в зависи­мости от угла обхвата аппарата седловой опорой б; при установке в обечайки колец жесткости в опорном сечении аппарата ;S — толщина стенки аппарата, м; С- конструктивная прибавка, м; [б] -допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата, МПа

В случае невыполнения условия прочности посередине пролета и над опорой необходима соответственно установка трех опор или установка (приварка) на­кладки к аппарату под опорную поверхность опоры. Толщина на­кладки обычно принимается равной толщине стенки корпуса ап­парата.

Расчет цилиндрических и конических опорных обечаек для аппара­тов, устанавливаемых вне помещения, ведут с учетом совместного действия осевой нагрузки (силы тяжести аппарата, его среды и опирающихся на него внешних устройств — трубопроводов, пло­щадок, лестниц, изоляции и др.), изгибающих моментов от ветро­вых и эксцентрических нагрузок, а также с учетом сейсмического воздействия для районов с сейсмичностью более 7 баллов (по 12-балльной шкале). Расчетам на ветровую нагрузку подлежат все колонные аппараты, устанавливаемые на открытой площадке, если их высота Н> 10 м и , а такжеН< 10 м, но Н> D_min, где D_min - наименьший из наружных диаметров аппарата.

Рис. 1.17. Расчетная схема аппарата

При расчете изгибающих моментов от ветровых нагрузок используют расчетную схему аппарата в виде консольного упругого защемленного стержня (рис. 1.17). Аппарат по высоте разбивают на участков и во всех случаях высота участкаh_z< 10 м. Вес каж­дого участка G, принимают сосредоточенным в середине участка. Ветровую нагрузку заменяют сосредоточенными силами P_i дей­ствующими в горизонтальном направлении и приложенными в серединах участков. Сейсмические силы прикладываются также горизонтально в серединах участков.

Расчет опор горизонтальных аппаратов колонного типа выполняют в следующей последовательности.

1. Определение периода собственных колебаний аппарата.

2. Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки.

3. Расчет на сейсмические воздействия. Расчету подлежат все вертикальные аппараты, устанавливаемые в районах с сейсмичностью не менее 7 баллов (по 12-бальной шкале) независимо от того, где они находятся: в помещении или на открытой площадке.

4. Расчет цилиндрических и конических опор для колонных аппаратов, подверженных ветровой и сейсмической нагрузке.

Вопрос №8. Определение типов прокладок во фланцевых соединениях

Прокладки для герметизации фланцевых соединений.

Для уплотнения во фланцевых соединениях применяются прокладки:

• неметаллические, асбометаллические и комбинированные на соединительном выступе фланцев;

• неметаллические и асбометаллические в уплотнении выступ—впадина;

• неметаллические и асбометаллические в уплот­нении шип—паз для сред с высокой проникаю­щей способностью (водород, гелий, легкие неф­тепродукты, сжиженные газы);

• металлические плоские в уплотнении шип—паз;

• металлические овального и восьмиугольного се­чений.

Все прокладки стандартизированы, поэтому их подбор осуществляется методом подбора из перечня прокладок в таблице ГОСТ 15180-70.

Выбор прокладок

Обтюрация (уплотнение неподвижных разъемных соединений) дас-тагается сжатием с определенной силой, обеспечивающей герметичность уплотняемых поверхностей непосредственно друг с другом или посредством расположенных между ними прокладок из более мягкого мате­риала.

Наибольшее распространение имеет прокладочная обтюрация, при­меняемая в соединениях низкого, среднего н высокого давлений, а также вакууме:

• Беспрокладочная обтюрация применяется при малых диаметрах соединяемых элементов и высоких давлениях.

• Прокладочная обтюрация при необходимости многократной разборки соединения (без смены про­кладок) требует прокладок нз высокоэластичных материалов: резины, кожи.

• Несколько разборок допускают прокладки из паронита, фторопласта, комбинированные металлические с мягким наполнителем.

• Разового дейст­вия являются прокладки из картона, асбестового картона.

Форма уплотне­ния во всех типах обтюрации кольцевая, но иногда - прямоугольная и фасонная.

Вопрос №9. Последовательность расчета абсорбционной колонны.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс — выделение растворенного газа из раствора — носит название десорбции.

В качестве исходных данных задаются следующие величины:

1. Объемный расход поступающей газовой фазы в колонну: Vг Нм³/ч

2. Содержание поглощаемого компонента в поступающем газе: у_н %

3. Степень извлечения: α %

4. Начальное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля: x_вн %

5. Конечное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля x_вк %

6. Температура поступающей газовой смеси в колонну t С

7. Давление в колонне Р Па

В результате расчета определяются: La, Dk, Noбщ, ΔРт, Нмт.

Расчет абсорбционных колонн проводят в следующей последовательности:

1. Начальная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при входе в абсорбер

2. Конечная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при выходе из абсорбера

3. Начальная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте при входе в абсорбер: М_пк , М_а , М_нг ,

4. Конечная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте при выходе из абсорбера

5. Объемный расход инертной составляющей газовой фазы (н.усл.)

6. Мольный расход поглощаемого компонента

7. Мольный расход абсорбента (инертной составляющей жидкой фазы)

8. Молекулярный вес газовой фазы

9; Плотность газовой фазы

10. Объемный расход газовой фазы, входящей в абсорбционную колонну =0,336

11. Мольный расход газовой фазы, поступающей в абсорбционную колонну

12. Определяется диаметр колонны

Предельно допустимая скорость газовой фазы (условие превышения 10% уноса жидкой фазы с газовой) рассчитывается для ситчатых тарелок как

w_г- рабочая скорость газовой фазы в свободном сечении колонны, которая составляет ,.

Выбираем материал Сталь для корпуса

Толщина стенки аппарата:

Принимаем с запасом толщину стенки s мм

Найдем толщину эллиптического приварного днища, при R=D, H=0.25D, где: R – радиус кривизны днища. D – диаметр аппарата, H – высота днища без учета цилиндрической отбортовки.

Принимаем толщину днища равную толщине аппарата s мм.

13. По принятой площади свободного сечений отверстий f_отв = 10 выраженной в % от общей площади свободного сечения аппарата, рассчитывается скорость газа в отверстиях тарелки

14. Принимается отношение площади свободного сечения сегмента перешивного устройства к площади тарелки 10%, т.е. R=0,1 и определяется площадь свободного сечения переливного устройства

15. Скорость жидкой фазы в переливном устройстве:=4,237

16. Гидравлическое сопротивление тарелки от сил поверхностного натяжения: Па

17. Статическое сопротивление слоя жидкости

18. Высота статического слоя жидкости

19. Сопротивление сухой тарелки

20. Общее сопротивление тарелки

21. Высота жидкости в переливном устройствем

22. Минимальное расстояние между тарелками, обеспечивающее гидрозатвор в сливном патрубке

23. Рабочая площадь тарелки без учета площади двух переливов=0,904 м²

24. Величина отношения рабочей площади тарелки к поперечному сечению колонны

25. Строится график для процесса. Между кинетической и рабочей линиями проводится ступенчатое построение ломаной линии в пределах концентраций Х_н и Х_к . Число ступеней этой ломаной линии дает число тарелок абсорбционной колонны N_общ

26. Общее сопротивление тарелок в колонне

27. Расчет числа люков:

Размещаются люки через каждые 6 тарелок:

Принимаем 6 люков (1 люк над 34-й тарелкой)

28. Общая высота колонны определяется

Вопрос №10. Особенности и последовательность расчета ректификационной колонны.

1. Расчет ректификационной колонны

1.1 Материальный баланс процесса

Составляем материальный баланс для определения количеств и состава веществ, участвующих в процессах ректификации.

Материальный баланс колонны, обогреваемой паром:

(1.1)

где G_F—производительность установки по исходной смеси, G_Д – производительность установки по дистилляту, G_W— производительность установки по кубовому остатку.

Материальный баланс для НК:

, (1.2)

где х_F, x_Д, х_W— массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте, кубовом остатке соответственно. Преобразуем выражение (1.2) ,

Из уравнения (1.1) определяем расход дистиллята, кг/с.G_Д=G_F-- G_W,

Для дальнейших расчётов выразим концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Исходная смесь: . (1.3)

Дистиллят:. (1.4)

Кубовый остаток: , (1.5)

где М_{в ,}М _э— молярная масса воды и этилового спирта соответственно.

1.2 Определение минимального флегмового числа

Для определения минимального флегмового числа строим кривую равновесия, предварительно выполнив расчет равновесного состава жидкости и пара смеси этанол — вода.

Измерив отрезок в_мах, отсекаемый прямой СВ на оси ординат находим R_min по формуле:

, (1.6)

откуда выражаем значение минимального флегмового числа:

,

В уравнение рабочих линий входит рабочее флегмовое число R, определяемое как

, (1.7)

1.3 Построение рабочих линий укрепляющих и исчерпывающей частей колонны. Определение числа теоретических тарелок

Чтобы определить количество тарелок, надо графически изобразить линии рабочего процесса в колонне. Колонну непрерывного действия от места ввода исходной смеси делят на две части: верхняя часть колонны называется укрепляющей, а нижняя часть— исчерпывающей. При построении линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей части колонны откладываем на оси ординат отрезок ОД, длина которого определяется соотношением:

, (1.8)

Через точки С и Д проводим прямую СД, а через точку В—вертикаль до пересечения с линией СД и получаем точку В₁, соединив ее с А и С, получаем СВ₁ – линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны, АВ₁ – линия концентраций исчерпывающей части колонны.

Число теоретических тарелок определяем путем построения ступенчатой линии между линией равновесия и линиями рабочих концентраций в пределах от х_Д до х_W

1.4.1 Определение кпд тарелки

В зависимости КПД от произведения относительной летучести α на коэффициент динамической вязкости µ перегоняемой смеси.

Относительная летучесть α, динамические коэффициенты вязкости смеси µ и отдельных компонентов определяются при температурах кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, определяемые по диаграмме t –x,y

Относительную летучесть находим по формуле:

, (1.9)

где Р_э, Р_в – давление насыщенного пара низкокипящего и высококипящего компонента соответственно, Па.

Вязкость исходной смеси, дистиллята и кубового остатка определяем по формуле:

, (1.10)

где х_Э , х_В – молярные доли компонентов (воды и этилового спирта);

µ_э, µ_в – вязкость компонентов жидкой смеси при температуре смеси.

Средний КПД тарелки:, (1.11)

Для укрепляющей части колонны действительное число тарелок ,

Для исчерпывающей части колонны ,