Определение диаметра колонны и расстояния между тарелками

 

 

Диаметр ректификационной колонны рассчитывается по максимально допустимой скорости паров в сечении колонны и объемному расходу паров в данном сечении колонны [1, с. 178]:

 

,                                    (43)

 

где D – диаметр колонны, м;

V – объемный расход пара, м³/с;

– максимальная скорость паров, м/с.

 

Максимальная скорость паров находится по формуле Саудерса-Брауна [1, с 179]:

 

                          (44)

где плотность жидкости, кг/м³;

     плотность пара, кг/м³;

     C_max – коэффициент, определяемый по формуле [1, с 179]:

 

                    (45)

 

где коэффициенты, зависящие от типа контактных устройств;

коэффициент, зависящий от расстояния между контактными устройствами;

 λ – коэффициент, определяемый по формуле [1, с 179]: Если λ получилась меньше, чем 10, то λ=10. Если λ > 65 ,то увеличивают поточность тарелки.

 

                                (46)

где жидкостная нагрузка, м³/ч;

число потоков на ступенях контакта;

 V – расход пара, м³/с;

   к ₁ – коэффициент, зависящий от типа контактного устройства;

коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками;

плотность жидкости, кг/м³;

плотность пара, кг/м³.

 

Плотность пара рассчитывается по формуле [4, с. 13]:

 

                                     (47)

где среднее давление в колонне, Па;

     температура в колонне, °С;

     средняя молекулярная масса смеси, кг/кмоль, рассчитывается по формуле [4, с. 283]:

                                           ,                                    (48)

 

где  – молекулярная масса i-го компонента в смеси, кг/кмоль;

 – содержание i-го компонента в смеси, мол. доля.

 

Объемные расходы пара рассчитывается по формуле:

для укрепляющей части:

 

                                        ,                                     (49)

 

для исчерпывающей части:

 

(50)

где количество тепла, поступающее в колонну из кипятильника, Вт;

 удельная теплота парообразования смеси в кубе колонны, кДж/кг;

     расход паров, кг/ч;

  плотность пара, кг/м³.

 

     Жидкостная нагрузка рассчитывается по формуле:

для укрепляющей части:

 

                                               ,                                        (51)

 

для исчерпывающей части:

 

                                          ,                                    (52)

 

где − жидкостная нагрузка, м³/ч;

       расход питания, кг/ч;

расход флегмы, кг/ч;

плотность жидкости в укрепляющей и исчерпывающей части колонны соответственно, кг/м³.

 

     Средняя молекулярная масса смеси по формуле (48) равна:

 

	кг/кмоль
	кг/кмоль

 

Плотность пара по формуле (47) равна:

 

 кг/м³.

 

 кг/м³.

 

Объемный расход пара рассчитывается по формуле (49) для укрепляющей части колонны и по формуле (50) для исчерпывающей части колонны:

 

 м³/с

 

м³/с.

 

Для расчета жидкостной нагрузки необходима плотность жидкой смеси вверху и внизу колонны.

В таблице 21 представлены литературные значения плотности для всех компонентов смеси, в зависимости от температуры [8, c. 254, c. 261, c. 336, c. 317, c. 249]

Средствами MS Excel графическим методом с помощью меню «Добавить линию тренда», «Параметры», «Уравнение аппроксимации»  получены уравнения аппроксимации литературных данных плотности веществ. Уравнения аппроксимации и коэффициент корреляции представлены в таблице 22.

 

Таблица 21 – Литературные значения плотности компонентов смеси в зависимости от температуры

 

Температура, °С	Плотность н-бутана, кг/м3	Плотность изопентана, кг/м3	Плотность н-пентана, кг/м3	Плотность н-гексана, кг/м3	Плотность н-гептана, кг/м3
-40	641,50	677,40	682,50	711,50	733,50
-30	631,70	668,00	673,40	703,10	725,40
-20	621,80	658,50	664,30	694,60	717,20
-10	611,50	648,90	655,00	686,00	709,00
0	601,00	639,20	645,50	677,20	700,70
10	590,20	629,40	636,00	668,40	692,30
20	578,90	619,60	626,20	659,40	683,80
25	573,20	614,60	616,30	650,20	675,20
30	567,30	609,20	606,20	640,90	666,40
40	555,20	598,80	595,90	631,50	657,60
50	542,60	588,10	682,50	711,50	733,50
60	−	576,90	−	-	−
70	−	565,60	−	−	−
80	−	554,00	−	−	−
90	−	541,30	−	−	−

 

Таблица 22 – Уравнения аппроксимации литературных данных с помощью инструментов MS Excel «Встроенные функции»

 

Компонент	Уравнение аппроксимации	Коэффициент корреляции
н-бутан		1,0000
изопентан		0,9940
н-пентан		1,0000
н-гексан		1,0000
н-гептан		1,0000

 

Здесь y − плотность, кг/м³;

                x − температура, °С.

 

Плотность смеси рассчитывается по уравнению:

 

                                      (53)

 

где, ρ _см – плотность смеси, кг/м³;

    ρ_i – плотность i – того компонента смеси, кг/м³;

    x ’ _i – содержание i – того компонента в смеси, объемная доля.

 

Плотность в укрепляющей части колонны рассчитывается при  температуре равной 46,26 °С. Плотность в исчерпывающей части колонны рассчитывается при  температуре равной 83,13 °С.

Результаты расчета представлены в таблице 23.

 

Таблица 23 – Плотность компонентов и смеси при температурах укрепляющей и исчерпывающей части колонны

 

Компонент	Плотность в укрепляющей части колонны, кг/м3	Плотность в исчерпывающей части колонны, кг/м3
н-бутан	547,413	499,129
изопентан	591,976	522,818
н-пентан	599,941	561,868
н-гексан	635,193	600,233
н-гептан	660,964	628,136

 

Жидкостная нагрузка рассчитывается по формуле (51) для укрепляющей части колонны и по формуле (52) для исчерпывающей части колонны:

 

 м³/с,

 

 м³/с.

 

Для клапанной однопоточной тарелки: К₁ = 1,15; С₂ = 4. Расстояние между тарелками принимаем 600 мм, С₁ = 500 [1, c. 179].

Коэффициент λ по формуле (46) равен:

 

,

 

.

 

Коэффициент  по формуле (45) равен:

 

,

 

.

 

Максимальная скорость паров по формуле (44) равна:

 

 м/с,

 

 м/с.

         

Диаметр колонны по формуле (43) равен:

 

 м,

 

 м.

 

Из ряда стандартных диаметров колонн [1, с. 178] выбирается диаметр для укрепляющей и исчерпывающей части диаметр равный 1,6 м.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: