Проверка устойчивой работы тарелки

 

 

Для нормальной работы колонны необходимо, чтобы выполнялись три условия.

Первое условие нормальной работы тарелки:

 

                                             ,                                       (59)

 

где  – высота вспененного слоя жидкости, мм ст. ж.;

– расстояние между тарелками, мм;

 – высота переливной планки, мм.

 

Второе условие нормальной работы тарелки:

 

                                                                                           (60)

 

где  – величина вылета ниспадающей струи, мм;

 – ширина переливного устройства, мм.

 

Третье условие нормальной работы тарелки:

 

                                                  ,                                             (61)

 

где  – условное время пребывания жидкости в переливе, с;

– допустимое время пребывания жидкости в переливе, с.

 

В результате расчета переливного устройства определяются размеры наиболее узкого сечения перелива и проверяются высота слоя жидкости в сливном устройстве, вылет ниспадающей струи жидкости и время пребывания жидкости в переливе.

Сопротивление жидкости перетоку определяется из соотношения:

 

                                         ,                                 (62)

 

где  – сопротивление жидкости перетоку в сливном устройстве
тарелки, мм ст. ж.;

– коэффициент, для тарелок с подпорной планкой  = 250;

 – жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/м · ч;

 – линейный размер наиболее узкого сечения перелива, (принимается
обычно  м).

 

Высота светлого слоя жидкости рассчитывается по уравнению:

 

                                 ,                         (63)

 

где  – высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.;

 – высота переливной планки, мм;

 – высота подпора жидкости над переливной планкой, мм ст. ж.;

 – градиент уровня жидкости, мм ст. ж.;

– сопротивление жидкости перетоку, мм ст. ж.;

 – гидравлическое сопротивление тарелки, мм ст. ж.

Градиент уровня жидкости можно рассчитать по формуле: , где  – гидравлическое сопротивление сухой тарелки, мм ст. ж.

Как правило, жидкость в переливном устройстве содержит пузырьки пара. Степень насыщения ее паром настолько велика, что необходимо учитывать вспениваемость жидкости, которая зависит, во-первых, от интенсивности пенообразования самой жидкости и, во-вторых, от ее расхода, так как падающая струя жидкости увлекает с собой пузырьки пара. С учетом вспениваемости уровень жидкости в сливном устройстве составит:

 

                                                                                       ,                                            (64)

 

где  – высота вспененного слоя жидкости, мм ст. ж.;

 – высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.;

– относительная плотность вспененной жидкости.

 

Величину вылета ниспадающей струи определяют по уравнению:

 

                                    ,                              (65)

 

где  – величина вылета ниспадающей струи, мм;

 – высота подпора жидкости над переливной планкой, мм ст. ж.;

 – расстояние между тарелками, мм;

– высота переливной планки, мм;

 – высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.

 

Условное время пребывания жидкости в переливе рассчитывается по формуле:

 

                                           ,                                          (66)

 

где  – условное время пребывания жидкости в переливе, с;

 – объем перелива, м³;

В – длина сливной планки, м;

 – жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/м · ч.

 

Объем перелива рассчитывается по формуле:

 

                                     ,                               (67)

где  – объем перелива, м³;

В – длина сливной планки, м;

– расстояние между тарелками, м;

     – высота переливной планки, м;

 – ширина переливного устройства, м.

 

Допустимое время пребывания жидкости в переливе рассчитывается по уравнению:

               

                                      ,                                   (68)

 

где  – допустимое время пребывания жидкости в переливе, с;

 – коэффициент, характеризующий вспениваемость жидкости; для ректификации нефтяных фракций, углеводородных газов и т. д., он равен 1,0;

 - расстояние между тарелками, мм;

,  – плотности жидкости и пара соответственно, кг/м³.

 

Укрепляющая часть

 

В результате расчета переливного устройства определяются размеры наиболее узкого сечения перелива и проверяются высота слоя жидкости в сливном устройстве, вылет ниспадающей струи жидкости и время пребывания жидкости в переливе.

Сопротивление жидкости перетоку  определяется из
уравнения (62):

 

 мм ст. ж.

 

Тогда высота светлого слоя жидкости  по уравнению (63) будет равна:

 

 мм ст. ж.

 

При значении жидкостной нагрузки  менее 65 м³/м ч и слабой интенсивности пенообразования относительную плотность вспененной жидкости  можно принять равной 0,6 [2].

Тогда высота вспененного слоя жидкости по формуле (64) будет равна:

 

 мм ст. ж.

 

Проверяем, верно ли неравенство (59):

 

119,73 < 600 + 71,84, следовательно, первое условие нормальной работы тарелки выполняется.

Величину вылета ниспадающей струи  определяют по уравнению (65):

 

 мм.

 

Ширина переливного устройства  при данном диаметре колонны
составит 320 мм.

Проверяем, верно ли неравенство (60):

 

70,19 < 0,6 ·320, следовательно, второе условие нормальной работы тарелки выполняется.

Объем перелива рассчитывается по формуле (67):

 

 м³.

 

Допустимое время пребывания жидкости в переливе определяется по формуле (68):

 

 с.

 

Проверяем, верно ли неравенство (61):

 

38,91 > 4,8, следовательно, третье условие нормальной работы тарелки выполняется.

 

Исчерпывающая часть

 

Проверка устойчивости работы исчерпывающей части выполняется аналогично укрепляющей части.

Сопротивление жидкости перетоку  определяется из
уравнения (62):

 

 мм ст. ж.

 

Высота светлого слоя жидкости  по уравнению (63) будет равна:

 

 мм ст. ж.

 

Тогда высота вспененного слоя жидкости по формуле (64) будет равна:

 

 мм ст. ж.

 

Проверяем, верно ли неравенство (59):

 

135,56 < 600 + 81,33, следовательно, первое условие нормальной работы тарелки выполняется.

Величину вылета ниспадающей струи  определяют по уравне-
нию (65):

 

 мм.

 

Ширина переливного устройства  при данном диаметре колонны
составит 320 мм.

Проверяем, верно ли неравенство (60):

 

98,87 < 0,6 ·320, следовательно, второе условие нормальной работы тарелки выполняется.

 

Объем перелива рассчитывается по формуле (67):

 

 м³.

 

Допустимое время пребывания жидкости в переливе определяется по формуле (68):

 

 с.

 

Проверяем, верно ли неравенство (61):

 

13,58 > 4,62, следовательно, третье условие нормальной работы тарелки выполняется.

Таким образом, и для укрепляющей и для исчерпывающей частей колонны все три условия выполняются. Следовательно, колонна будет работать в нормальном гидродинамическом режиме, без захлебывания.

Расчет высоты колонны

 

 

Принимаем, что в колонне 2 секции тарелок, каждая секция содержит по 14 тарелок.

Расстояние между тарелками в местах установки люков 0,8 м.

Обычно принимается, что высота верха колонны равна: ,

где  – диаметр колонны, м.

 

Н_в = 0,8 ·1,6 = 1,28 м.

 

Так же принимается, что высота куба колонны равна: ,

где  – диаметр колонны, м.

Н_к = 1,5 ·1,6 = 2,4 м.

 

.Принимаем высоту опоры  равной 2,5 м.

 

Таким образом, общая высота колонны по формуле (49) составит:

 

Н = 1,28 + 2,4 + (2 - 1)· 0,8+(2 - 1) ·(1,0 - 0,6) + 2,5 = 24,12 м.

 

В результате расчета получены следующие характеристики ректификационной колонны:

- диаметр колонны – 1,6 м;

- высота – 24,12 м;

- тип тарелок – однопоточные клапанные;

- общее число тарелок – 29 шт.;

- расстояние между тарелками – 0,6 м.

 

Выводы

 

По составленному материальному балансу рассчитали ректификационную колонну для разделения многокомпонентной смеси, а именно провели оптимизацию флегмового числа, провели расчет теплового баланса колонны, выполнили расчет гидравлического сопротивления тарелок, определили диаметр и высоту колонны, которые составили 1,6 м и 24,12 м соответственно.

 

12 Эскиз (компоновка) ректификационной колонны

 

 

                

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема ректификационной установки

 

Список использованных источников

 

 

1. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов / Под ред. В. М. Татевского. – М: Гостоптехиздат, 1961.- 410 с.

2. Александров, И. А. Ректификационные и абсорбционные
аппараты. – М. : Химия, 1978. – 280 с.

3. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. – М. : ООО ТИД «Альянс», 2005. – 576 с.

4. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей/ Р. Рид, Дж. Праусниц,
Т. Шервуд. – Л. : Химия, 1982. – 592 с.

5. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам
газов. – М. : Наука, 1972. – 720 с.                                                  

6. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. – М. : Химия, 1991. – 496 с.

 

⇐ Предыдущая123456789

Поделиться: