Кутузова М.А., Дмитриев А, В., Кутузов А.Г. (сост.) Технологический расчет ректификационной колонны

Подождите немного. Документ загружается.

диаграмме находим движущие силы процесса х-х*, как

величины отрезков по горизонтали между кривой равновесия и

соответствующими линиями рабочих концентраций, и

вычисляем величины 1/(х–х*). Полученные результаты

записываем в табл. 2.

= (15)

Таблица 2

х 1/(х–х*)

1 2 3 4 5 6

По величинам в таблице 2 для каждого значения R

методом графического или численного интегрирования находим

число единиц переноса

(16)

Рис. 12. График зависимости

от х

Результаты интегрирования сводим в табл. 3.

Таблица 3

R R+1 m

(R+l)

Наносим на диаграмму m

(R+l)–R (рис. 13) полученные

данные из таблицы 3 Находим точку минимума М, которой

соответствует оптимальное рабочее флегмовое число R

опт

Рис. 13. Определение оптимального флегмового числа

Число питания колонны:

(17)

Составляем уравнения рабочих линий для верхней и

нижней частей колонны:

y x+

R+1 R+1

=× ; (18)

R+F 1-F

y x+x

R+1 R+1

=××

; (19)

(R+1)

3.4. Определение диаметра колонны

Средние концентрации жидкости:

а) верх колонны

ср

= (20)

б) низ колонны

ср

x +x

¢¢

= (21)

Средние концентрации пара

ср

¢¢

находим по

уравнениям рабочих линий.

Средние температуры пара

ср

находим по диаграмме

«температура – состав, состав» (t – x, y):

Средняя температура пара в колонне:

ср ср

ср

t +t

¢ ¢¢

= (22)

Средние мольные массы пара:

(

)

ср ср А ср В

M yM 1-yM

=×+×

(23)

Средние плотности пара:

ср

293 P

22,4 ( 273 t ) 98100

=×

+×

(24)

Средняя плотность пара в колонне:

ср ср

¢ ¢¢

= (25)

Температуры флегмы t

и кубовой жидкости t

определяем

по диаграмме t – x, y, при x

и x

. По справочным данным

находим плотность жидкого НК

при t

и плотность жидкого

ВК

при t

Средняя плотность жидкости в колонне:

= (26)

Объемный поток пара в колонне

( )()

D onm

22,4 98100 G R 1 273 t

M 3600 293 P

×× ++

× ××

, (27)

где G

– мольный расход дистиллята, кг/ч ; R

опт

– оптимальное

флегмовое число; t – средняя температура пара в колонне,

С; Р

– давление в колонне, Па.

Предельная скорость пара для ситчатой тарелки

0,05

, (28)

где ρ

, ρ

– плотности жидкости и пара соответственно, кг/м

Предельная скорость пара для колпачковой тарелки

2/3

0,0158

. (29)

где М

ср

– средняя молекулярная масса в колонне, t – средняя

температура пара в колонне, получить значения ρ

(кг/м

) и W

пр

(м/с).

Рабочая скорость пара в ректификационных колоннах,

работающих при атмосферном давлении, обычно находится в

пределах W = 0,5-1,5 м/с.

Рабочую скорость пара W в свободном сечении колонны

принимаем на 15 % ниже предельной.

Диаметр ректификационной колонны

, (30)

где V

– объемный расход пара по колонне (м

/с).

По ГОСТ 9617-76 установлен ряд внутренних диаметров

для сосудов и аппаратов. Для стальных аппаратов

рекомендованы значения диаметров:

· от 400 до 1000 мм - через 100 мм,

· от 1200 до 4000 мм - через 200 мм,

· 2500 мм, 4500 мм, 5000 мм, 5600 мм, 6300 мм,

· от 7000 до 10000 мм - через 500 мм.

Рабочая скорость пара в свободном сечении колонны:

(31)

Объемный расход жидкости в верхней части колонны

(м

/с):

D onm

3600

(32)

Объемный расход жидкости в нижней части колонны

(м

/с):

L+G

(33)

3.5. Выбор типа тарелки

Тарелки с переливными устройствами состоят из

следующих основных элементов (рис. 14).

Рабочая зона (I) – часть тарелки, на которой

осуществляется контакт пара и жидкости.

Приемный карман (II) – область тарелки, на которую

поступает жидкость. Приемный карман отделен от рабочей зоны

перегородкой IV, обеспечивающей гидрозатвор в переливном

устройстве.

Сливной карман (III) – зона, в которую сливают жидкость с

тарелки. Сливной карман снабжен переливной перегородкой V,

обеспечивающей определенную высоту слоя жидкости на

тарелке, сепарационной частью, где происходит отделение пара

от жидкости, и переливными трубами (трубой), по которым

жидкость сливают на следующую тарелку. Тарелка, схема

которой изображена на рис. 14, называется тарелкой с

сегментным переливным устройством. Площадь, занимаемая

приемным и переливным карманом, составляет 8-15 % от

площади поперечного сечения колонны.

Рабочая зона ситчатой тарелки (рис. 15 а) представляет

собой перфорированную пластину. Отверстия диаметром d

= l-

6 мм (иногда до 10 мм) располагаются по вершинам

равностороннего треугольника с шагом (2,5-5)d

. Свободное

сечение ситчатых тарелок выбирают в пределах 8-15% от

площади сечения колонны. Расстояние между отверстиями на

рабочей зоне и перегородками (сливной и приемной) составляет

не более 75 мм. Зазор между отверстиями и стенкой колонны (А)

принимают конструктивно, исходя из условий крепления

тарелки к обечайке.

Рис. 14. Схема тарелки с организованным сливом

жидкости: I – рабочая зона; II – приемный

карман; III – сливной карман; IV – приемная

перегородка; V – переливная перегородка

Рис. 15. Варианты устройств ввода паровой фазы на рабочей

площади тарелки

Основным элементом колпачковой тарелки является

колпачок. Его устройство показано на рис. 16. Как и у ситчатой

тарелки суммарную площадь прорезей всех колпачков,

расположенных на тарелке, принимают равной 8-15 % от

площади поперечного сечения колонны. При конструировании

колпачка площадь поперечного сечения патрубка принимают

равной сумме площади прорезей колпачка, а площадь

кольцевого зазора для прохода пара между патрубком и

колпачком равной площади патрубка или несколько больше.

Рис. 16 . Эскиз колпачка

Таким образом, отношение площади паровых патрубков к

площади поперечного сечения колонны также составляет 8-15%.

В зависимости от диаметра колонны (D

) выбирают диаметр

колпачка (d

). Рекомендованные соотношения представлены в

таблице 5.

Таблица 5

, мм d

×h

, мм

800 50×50

800-1200 80×80

1200-3000 100×80

3000-6000 150×100

Широко распространенной формой прорези является

прямоугольная, как наиболее удобная в изготовлении. Ширину

прорезей принимают равной 5-6 мм с шагом 9-10 мм. Высота

прорези берется, в зависимости от размера колпачка, в пределах

от 10 до 40 мм. Расстояние между верхним обрезом парового

патрубка и колпачка выбирают из условия примерного

равенства площадей: сечения парового патрубка и площади для

прохода пара между верхним обрезом парового патрубка и

колпачком.

На рабочей площади тарелки колпачки необходимо

устанавливать на расстоянии не менее 75 мм от сливной и

приемной перегородок, а промежуток между колпачками в свету

должен быть в пределах 40-60 мм. Расстояние от стенок

колонны до колпачков должно быть не менее 40-60 мм.

В колоннах диаметром более 2400 мм применяют

двухпоточные тарелки. Схема этой тарелки изображена на рис.

17.

Рис. 17. Схема двухпоточной по жидкой фазе тарелки

Пар

Рабочая

площадь

тарелки

Рабочая

площадь

тарелки

3.6. Определение коэффициентов массопередачи

Коэффициент массоотдачи для ситчатых и колпачковых в

паровой фазе рассчитывается по уравнению

(0,051 0,0105 )

, (34)

где β

– коэффициент массоотдачи, (кмоль)/м

ч;

= ;ρ

– плотности пара и жидкости, кг/м

; W – скорость пара в

свободном сечении тарелки, м/с, f

– рабочая площадь тарелки,

;

( 1)

GGR

– мольный расход пара в колонне, кмоль/ч.

Эмпирические зависимости в критериальной форме для

определения β

для ситчатой тарелки

0,7 0,5

22,4

Sh 9,2Re Sc

3600

yf cm

y yy

==,(35)

где

ycmy

= (36) – критерий Рейнольдса для паровой

фазы; Sc

= (37) – критерий Шмидта для паровой фазы;

– высота статического слоя жидкости на тарелке, м

(допускается принимать равной половине высоты переливного

порога тарелки);

()

-2 1,5

1/3 1/3 2

AB AB

4,22 10 T 1 1

P MM

××

= ×+

×+

(38) –

коэффициент диффузии в паровой фазе, м

/с;

– коэффициент

динамической вязкости пара, Па·с; W

– скорость пара в

свободном сечении колонны, м/с, Т – средняя температура пара

в колонне, К;

– мольные объемы низкокипящего и

высококипящего компонентов в жидком состоянии при

температуре кипения соответственно, см

/моль.