Определение основных размеров колонны. Расчет диаметра колонны. Диаметр колонны находят из уравнения расхода

,

где  – объем паров проходящих через сечение колонны, м³/ч;

w _п – рабочая скорость пара, м/с;

T – температура, К; P – давление, МПа;

z – коэффициент сжимаемости для паров (желателен при P > 0, 4МПа).

Количество паров G проходящее через сечения колонны, кмоль/ч, рассчитывается по формулам

- для верхней части ;
- для нижней части ,

где F, D, W – количества питания, дистиллята и кубового остатка соответственно, кмоль/ч;

R – рабочее флегмовое число;

e – мольная доля отгона сырья при подаче в колонну;

s – паровое число колонны находится из теплового баланса колонны или рассчитывается по формуле

                                           

Выбирается нормальный диаметр колонны (в м): в химической промышленности – 0, 4; 0, 5; 0, 6; 0, 8; 1, 0; 1, 2; 1, 4; 1, 6; 1, 8; 2, 2; 2, 6; 3, 0; в нефтеперерабатывающей промышленности 1, 0; 1, 2; 1, 4; 1, 6; 1, 8; 2, 0; 2, 2; 2, 4; 2, 6; 2, 8; 3, 0; 3, 2; 3, 4; 3, 6; 3, 8; 4, 0; 4, 5; 5, 0; 5, 5; 6, 0; 6, 4; 7, 0; 8, 0; 9, 0.

Расчет расстояния между тарелками. Расстояние между тарелками принимают равным несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) h_n и сепарационного пространства h_c

.

Высоту сепарационного пространства – h_c вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса c тарелки – e _б, принимаемого равным 0, 1 кг жидкости на 1 кг газа. Рекомендованы расчетные уравнения для определения h_c при заданной e _б (кг/кг) для тарелок различных конструкций.

Для провальных и клапанных тарелок допустимый брызгоунос рассчитывается по формуле

                                                    

где f – поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный ;

 – в мН/м; коэффициент А и показатели степени m и n для основных типов тарелок: провальная (дырчатая, решетчатая, волнистая) 1, 4∙ 10^-4 2, 56 2, 56; клапанная и балластная 8, 5∙ 10^-5 2, 15 2, 5; для тарелок других конструкций брызгоунос рассчитывают по уравнениям, приведенным ниже.

Для ситчатых тарелок допустимый брызгоунос рассчитывается по формуле

                                     

Для колпачковых тарелок унос жидкости определяется по зависимости

                  

 

где Е – масса жидкости, уносимой с 1 м² рабочей площади сечения колонны (за вычетом переливного устройства), кг/(м²∙ с);

 и  – плотность пара и жидкости, мПа∙ с;

σ – поверхностное натяжение, мН/м.

Графическая зависимость функции приведена на рис.4

Рис.4. График для определения уноса на колпачковых тарелках

Расстояние между тарелками стальных колонных аппаратов следует выбирать из ряда: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600. 700, 800, 900, 1000, 1200 мм

 

Расчёт теплового баланса процесса ректификации. Цель теплового баланса: определение тепловой нагрузки на кипятильник и конденсатор, а также расхода тепло- и хладагента.

F, QF D W, QW f, Qf P, QP G х.а, Q х.а G т.а, Q т.а Q п

Рис.5 Схема теплового баланса процесса ректификации

 

 

Тепловой поток (рис.5) входит в колонну: с теплоагентом Q _т/а, через поверхность теплообмена кипятильника; с питанием Q_F; с флегмой Q_f. Тепловой поток выходит из колонны: с парами дистиллята Q_P, с кубовым остатком Q_W; с потерями тепла в окружающую среду Q _П. Таким образом, уравнение теплового баланса, при данной обвязке колонны, можно записать в виде

Q т/а + QF + Qf = QP + QW + Q П .

 

Принимая потери в окружающую среду в размере 5% от теплового потока, входящего в колонну с греющим паром, уравнение теплового баланса запишем в виде

Q т/а = ( QP + QW – QF – Qf )1, 05.

Тепловой поток, выходящий с парами дистиллята, рассчитывается по формуле

,

где D – производительность по дистилляту, кмоль/ч;

R – флегмовое число;

H_P – энтальпия паров дистиллята, Дж/кмоль.

Тепловой поток, выходящий с кубовым остатком, рассчитывается по формуле

,

 

где W – производительность по кубовому остатку, кмоль/ч;

H_W – энтальпия кубового остатка, Дж/кмоль.

Тепловой поток, входящий с питанием, рассчитывается по формуле

,

где F – производительность колонны по питанию, кмоль/ч;

H_F – энтальпия питания, Дж/кмоль.

Тепловой поток, входящий с флегмой, рассчитывается по формуле

,

где H_f – энтальпия флегмы и для данной схемы, Дж/кмоль.

Удельная энтальпия (теплосодержание), в тепловых расчетах колон ректификации, вычисляется с учетом фазового состояния материальных потоков при равновесных температурах для смесей веществ.

Для полностью жидкой смеси веществ (при температуре ниже или равной началу кипения смеси) энтальпия (H_W, H_f, (H_F), Дж/кмоль) рассчитывается по формуле

,

где  – средняя удельная теплоёмкость жидкой смеси, Дж/(кмоль·К), при температуре , ⁰С.

Для полностью парообразной смеси веществ (при температуре точки росы) энтальпия (H_P, Дж/кмоль) рассчитывается по формуле

,

где  – средняя удельная теплоёмкость жидкой смеси, Дж/(кмоль·К), при температуре точки росы , ⁰С;

– средняя удельная теплота испарения (конденсации) смеси, Дж/кмоль, при температуре .

Для парожидкостной смеси (при равновесной температуре от точки начала кипения смеси до точки росы) энтальпия (H_F, Дж/кмоль) рассчитывается по формуле

,

где  – средняя удельная теплоёмкость жидкой смеси, Дж/(кмоль·К), при равновесной температуре , ⁰С;

 – средняя удельная теплота испарения (конденсации) смеси, Дж/кмоль, при температуре ;

е – мольная доля пара в парожидкостной смеси.

Удельную теплоёмкость и теплоту парообразования для смеси веществ по правилу аддитивности вычисляют по формулам

,
,

где x_i – соответствующая доля i-го компонента.

Данные по теплофизическим свойствам представлены в литературе.

Тепловая нагрузка на конденсатор колонны рассчитывается по формуле

,

где – удельная теплота конденсации паров дистиллята, Дж/кмоль, при температуре конденсации.

Расход теплоагента в кипятильнике колонны, например, обогреваемым насыщенным паром, находят по формуле

,

где  – удельная теплота конденсации пара, Дж/кг.

Далее рассчитывается необходимая поверхность теплообмена кипятильника и конденсатора.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: