Расчет колонны выделения фракции 120-128
Расчет колонны выделения фракции 120-128
Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(Технический университет)
Кафедра технологии Факультет химической технологии
нефтехимических и органических веществ и
углехимических производств полимерных материалов
Курс 5
Группа 443
Курсовая работа
Тема: «Расчет колонны выделения фракции 120-128»
Студент Николаев Ю.В.
Личная подпись
Руководитель Пекаревский Б.В.
Личная подпись
Оценка
Подпись руководителя
Санкт-Петербург 2008 г.
Содержание
Исходные данные для расчета
1. Определение физико-химических свойств компонентов питания
2. Состав и расходы компонентов питания
3. Состав и расходы компонентов дистиллята
4. Состав и расходы компонентов остатка
5. Расчет мольной доли отгона. Определение составов паровой и жидкой фаз двухфазного питания
6. Определение температур верха и низа колонны
7. Определение флегмового числа
8. Тепловой баланс ректификационной колонны
9. Расчет величин внутренних потоков жидкости и пара в колонне
Предварительный расчет диаметра колонны для укрепляющей секции
Предварительный расчет диаметра колонны для отгонной секции
Литература
Исходные данные
Производительность колонны по сырью: F=214480
Температура ввода сырья: tF=180 ?C
Давление в секции питания: PF=0,25 МПа
Давление наверху колонны: РВ=0,22 МПа
Давление внизу колонны: РН=0,28 МПа
Состав сырья: Фракция XF 102 - 120 0,18
Легко кипящий компонент 120 - 124 0,05
Тяжело кипящий компонент 124 - 128 0,05
128 - 150 0,295
150 - 179 0,425
Содержание легко кипящего компонента в дистилляте:
yD=0,16
Содержание легко кипящего компонента в кубовом остатке:
xW=0,016
1. Определение физико-химических свойств компонентов питания
Фракция
tср, ?C
d20i
кг/м?
ai
d15i
кг/м?
Kw
Mi,
кг/кмоль
xFi
xFi'
102-120
111,0
0,746
9,003*
10^-4
0,751
11,77
106,30
0,180
0,209
120-124
122,0
0,755
9,002*
10^-4
0,760
11,74
112,02
0,050
0,055
124-128
126,0
0,758
9,0015*
10^-4
0,763
11,73
114,25
0,050
0,054
128-150
139,0
0,768
9,000*
10^-4
0,773
11,71
121,60
0,295
0,299
150-179
164,5
0,785
8,998*
10^-4
0,790
11,69
137,03
0,425
0,383
1.1. Определяем относительную плотность компонентов при 20 ?C.
1.2. Определяем относительную плотность компонентов при 15 ?C.
где а - температурная поправка
1.3. Рассчитываем величину характеризующего фактора.
Рассчитываем молекулярные массы узких фракций (по уравнению Войнова).
1.4. Определяем среднюю молекулярную массу питания
MF=123,38 кг/кмоль
1.5. Определяем мольные доли компонентов питания
Состав и расходы компонентов питания
Фракция
xFi
xFi'
fi, кг/час
fi', кмоль/час
102-120
0,180
0,209
38606,4
363,33
120-124
0,050
0,055
10724,0
95,61
124-128
0,050
0,054
10724,0
93,87
128-150
0,295
0,299
63271,6
519,78
150-179
0,425
0,383
91154,0
665,81
Сумма
1
1
214480
1738,40
1.6. Определяем мольный расход питания
F'=F/MF=1738,4 кмоль/час
1.7. Рассчитываем массовые и мольные расходы компонентов питания
1.8.
1.9. Определяем относительную плотность
d15F=0,724+5*8,997*10^-4=0,799 кг/м?
tF=180 ?C => d20iF=0,794 кг/м?
3. Состав и расходы компонентов дистиллята
3.1 Определяем массовый расход дистиллята
D=50641,1 кг/час
3.2 Определяем расход легкого ключевого компонента в дистилляте
d120-124=D*yD=50641,1*0,16=8102,6 кг/час
Фракция
yDi
yDi'
d, кг/час
d', кмоль/час
102-120
0,762
0,772
38606,4
363,33
120-124
0,160
0,154
8102,6
72,33
124-128
0,078
0,074
3932,1*
34,42
128-150
0
0
0
0
150-179
0
0
0
0
Сумма
1
1
50641,1
470,1
3.3. Определяем расход тяжелого ключевого компонента в дистилляте
d(124-128)=50641,1 - (38606,4 + 8102,6)=3932,1
Если в дистилляте присутствуют компоненты более легкие, чем ЛКК, то:
1) их расходы в дистилляте численно равны их расходам в питании
2) суммы их расходов необходимо вычитать из общего расхода дистиллята при определении d ТКК.
3.4. Определяем массовую долю ТКК в дистилляте.
yDткк=dткк/D=3932,1/50641,1=0,078
3.5 Определяем мольные расходы компонентов дистиллята.
di' = di / Mi
Найдем суммарный мольный расход дистиллята D'=?di'=470,10 кмоль/час
3.6. Определяем среднюю молекулярную массу дистиллята.
MD=D/D'=50641,1/470,1=107,72 кг/кмоль
3.7. Определяем относительную плотность
d15=0,753 кг/м?
3.8. Определяем мольные доли компонентов дистиллята
yD'=( yDi*MD)/Mi
4. Состав и расходы компонентов остатка
Фракция
xWi
xWi'
Wi, кг/час
Wi', кмоль/час
102-120
0
0
0
0
120-124
0,016
0,018
2621,4
23,28
124-128
0,042
0,047
6791,9
59,45
128-150
0,386
0,410
63271,6
519,78
150-179
0,556
0,525
91154
665,81
Cумма
1
1
163838,9
1268,3
4.1. Определяем расходы компонентов в кубовом остатке и массовый и мольный расход в остатке в целом
Wi=fi - di Wi'=fi' - di'
W=F - D W'=F' - D'
W=214480 - 50641,1 = 163838,9 кг/час
W'=1738,4 - 470,1 = 1268,3 кмоль/час
4.2. Определяем массовые и мольные доли
xWi = Wi / W
xWi' = Wi' / W'
4.3. Определяем относительную плотность и среднюю молекулярную массу кубового остатка
d15W = 0,782 кг/м?
MW = W/W'=129,2 кг/кмоль
5. Расчет мольной доли отгона. Определение составов паровой и жидкой фаз двухфазного питания
5.1. Рассчитываем величину вспомогательной функции
f(Ti)=f(180+273)=3.96
5.2. Рассчитываем значение давления насыщенных паров узких фракций по формуле Ашворта
Фракция
xFi'
f(Ti)
Pi,МПа
KPi
S
e'=0,3
e'=0,4
e'=0,5
102-120
0,209
5,32
0,478
1,91
0,164
0,153
0,144
120-124
0,055
5,06
0,378
1,51
0,048
0,046
0,044
124-128
0,054
4,97
0,347
1,39
0,048
0,047
0,045
128-150
0,299
4,70
0,262
1,05
0,295
0,293
0,292
150-179
0,383
4,22
0,147
0,59
0,437
0,458
0,482
? 0,992
? 0,997
? 1,007
5.3. Рассчитаем константу фазового равновесия.
KPi=Pi/PF PF = 0,25 МПа
5.4. Определяем мольную долю отгона по формуле Трегубова
Фракция
XFi'
XFi
Xi'
Xi
yi'
yi
102-120
0,209
0,180
0,150
0,127
0,287
0,253
120-124
0,055
0,050
0,045
0,040
0,068
0,063
124-128
0,054
0,050
0,046
0,042
0,064
0,061
128-150
0,299
0,295
0,293
0,283
0,308
0,311
150-179
0,383
0,425
0,466
0,508
0,275
0,313
5.5. Определяем мольные доли компонентов в жидкой фазе питания
5.6. Рассчитываем мольные доли компонентов в паровой фазе питания
yi'=Kpi * Xi'
5.7. Определяем средние молекулярные массы жидкой и паровой фаз
Mx= ? Xi'*Mi Mx=125,73 кг/кмоль
My= ? yi'*Mi My=120,57 кг/кмоль
5.8. Определяем относительную плотность
d15x= ? Xi'* d15i = 0,777 кг/м?
d15y= 0,771 кг/м?
5.9 Определяем массовые доли xi и yi
5.10. Определяем массовую долю отгона
e = e'*(My/MF) = 0,435 * (120,57/123,38) = 0,425
6. Определение температуры продуктов в верхнем и нижнем сечении колонны
Давление насыщенных паров узких нефтяных фракций при умеренных давлениях в системе может быть рассчитано по уравнению Ашворта:
Значения вспомогательной функции от рабочей температуры f(Ti) и средних температур выкипания узких фракций f(Tсрi) определяются из соотношения:
Константы фазового равновесия компонентов:
KPi = P0i / P
Температуры верха и низа колонны определяются как корни уравнений численным методом Ньютона - Рафсона:
g (T) = ? (yDi / Ki,в) - 1 = 0,
g (T) = ? (Ki,н ?xi) - 1 = 0
Итерационная формула для определения улучшенного значения корня выглядит следующим образом:
T(r+1) = T(r) - g (T(r))/ g' (T(r)), где r - номер итерации.
Для упрощения расчетов примем:
g' (T) ? [g(T+?T) - g(T)] / ?T, ?T = 0,001?Т
В качестве начального приближения примем значение температуры в секции питания (120 ?С).
6.1. Температура верха колонны
Из условия: Pв = 0,22 МПа
Фракция
f(Ti)
yDi'
r = 1, T(r) = 180 °С
r = 2, T(r) = 118,59°С
Pi, МПа
KPi
yDi'/ KPi
T(r+1)
KPi
yDi'/ KPi
T(r+1)
102-120
5,32
0,72
0,478
2,17
0,3311
0,56
1,2762
120-124
5,06
0,154
0,379
1,72
0,085
0,42
0,3674
124-128
4,97
0,074
0,347
1,58
0,0469
0,38
0,197
?0,4675
118,59°С
1,8406
135,94 °С
Фракция
r = 3, T(r) = 135,94 °С
r = 4, T(r) = 142,6 °С
KPi
yDi'/ KPi
T(r+1)
KPi
yDi'/ KPi
T(r+1)
102-120
0,87
0,8294
1,01
0,7109
120-124
0,66
0,2343
0,77
0,1994
124-128
0,59
0,1248
0,70
0,1059
1,1885
142,6°С
1,0163
143,296°С
Фракция
r = 4, T(r) = 143,296 °С
KPi
yDi'/ KPi
T(r+1)
102-120
1,03
0,6998
120-124
0,79
0,1961
124-128
0,71
0,1042
1,0001
143,3°С
Результаты расчетов
tB = 143,3°С ; f(143,3+273) = 4,611
Фракция
f(Ti)
yDi'
Pi, МПа
KPi
yDi'/ KPi
102-120
5,32
0,72
0,226
1,03
0,7
120-124
5,06
0,154
0,173
0,79
0,196
124-128
4,97
0,074
0,156
0,71
0,104
?
1
1
6.2. Температура низа колонны
Из условия Pн = 0,28 МПа
Фракция
f(Ti)
xWi'
r = 1, T(r) = 180 °С
r = 2, T(r) = 196,24 °С
Pi, МПа
Kpi
xWi'* Kpi
T(r+1)
Kpi
xWi'* Kpi
T(r+1)
120-124
5,06
0,018
0,379
1,35
0,024
2,84
0,0512
124-128
4,97
0,047
0,346
1,24
0,058
2,64
0,1241
128-150
4,70
0,410
0,262
0,94
0,384
2,08
0,8538
150-179
4,22
0,525
0,147
0,52
0,275
1,27
0,6656
?
0,742
196,24
1,69
199,3
r = 3, T(r) = 199,3 °С
r = 1, T(r) = 194,71 °С
r = 1, T(r) = 194,53°С
Kpi
xWi'* Kpi
T(r+1)
Kpi
xWi'* Kpi
T(r+1)
Kpi
xWi'* Kpi
T(r+1)
1,92
0,0346
1,77
0,0319
1,77
0,0318
1,78
0, 834
1,64
0,0769
1,63
0,0766
1,37
0,5613
1,26
0,5147
1,25
0,5130
0,8
0,4181
0,72
0,3799
0,72
0,3785
?
1,097
194,71
1,0034
194,53
1
194,53
Результаты расчетов TН = 194,5°С ; f(194,5+273) = 3,737
Фракция
f(Ti)
xWi'
Pi, МПа
KPi
xWi'*KPi
120-124
5,06
0,018
0,495
1,77
0,032
124-128
4,97
0,047
0,456
1,63
0,07
128-150
4,70
0,410
0,350
1,25
0,513
150-179
4,22
0,525
0,202
0,72
0,379
?
1
1
7. Определение флегмового числа
Рн = 0,28 МПа Рв = 0,22 МПа РF = 0,25 МПа
tн = 194,5 ?C tв = 143,3 ?C tF = 180 ?C
7.1 Определяем значения коэффициентов относительной летучести
Фракция
?iв
?iн
?iF
?i
102-120
3,81
3,06
3,24
3,36
120-124
2,95
2,45
2,56
2,65
124-128
2,68
2,26
2,36
2,43
128-150
1,96
1,73
1,78
1,82
150-179
1
1
1
1
Находим среднее геометрическое значение коэффициентов относительной летучести
7.2. Определяем значения вспомогательного параметра уравнения Андервуда
? ?i* XFi' / (?i - ?) = e'
Корень уравнения будем оттискивать на участке 2,65< ? <2,43
Зададимся значениями ?: 2, 3. И найдем при этих значениях величину
? ?i* XFi' / (?i - ?) = e'
e'(2) = 0,516 + 0,224 + 0,305 - 3,023 - 0,383 = - 2,36.
e'(3) = 1,951 - 0,416 - 0,23 - 0,461 - 0,192 = 0,65
? = 2,94
7.3. Определяем минимальное флегмовое число
Rmin = 6,176 - 1,407 - 0,353 - 1 = 3,42
7.4. Определяем min и рабочее число теоретических тарелок
Nmin = 0,735/0,038 - 1 = 18,34
Рабочее число
N =(0,4+18,34)/(1-0,4) = 31,23
Рассчитываем min и рабочее число тарелок для укрепляющей секции.
Nmin(укр) = 6,96
Nукр = (0,4 + 6,96)/(1 - 0,4) = 12,27
Для отгонной секции
Nотг = 18,96
8. Тепловой баланс
Фаза
d15i
t, ?C
i, кДж/кг
Расход, кг/час
Q, кДж/час
Приход тепла
Питание:
Пар
Жидкость
Пар + жидкость
Доп. в куб
П
Ж
ПЖ
0,771
0,777
180
180
696,7
408,2
530,8
214480
11,40*10^7
11,45*10^7
Расход тепла
Дистиллят
Остаток
Доп. сверху
Ж
Ж
0,753
0,782
0,753
143,3
194,5
80
325,4
446,4
169,0
50641,1
163838,9
1,65*10^7
7,30*10^7
13,9*10^7
8.1. Рассчитываем энтальпии основных потоков
8.2. Рассчитываем энтальпию парожидкостного питания
Температура холодного острого орошения - 80 ?C. Потери в окружающую среду принимаем 5% от общего количества расходуемого тепла и с учетом этого находим дополнительное количество тепла, которое следует подвести в куб колонны
QВ = 1,05*(QD + QW + Qd - QF) = 11,45*10^7 кДж/час
9. Расчет величин внутренних потоков жидкости и пара в колонне (в массовых долях)
Укрепляющая секция
Gв = D*(R + 1) = 50641,1*5,97 = 302327,4 кг/час
Lв = Gв - D = 251686,3 кг/час
Отгонная секция
Gн = Qв/(itн(пара) - itн(жидкости)) = 11,45*10^7/(725,6 - 446,4) = 410100,3 кг/час
Lн = Gн + W = 573939,2 кг/час
10. Предварительный расчет диаметра колонны
10.1. Укрепляющая часть колонны
Выбор типа тарелки.
К тарельчатым массообменным устройствам предъявляются следующие основные требования: низкая металлоемкость; высокая производительность, высокая эффективность (т.е. высокий коэффициент полезного действия практической тарелки); малое гидравлическое сопротивление тарелки; широкий диапазон устойчивой работы (тарелка должна эффективно работать как при больших, так и при малых нагрузках по жидкости и пару).
Для данной колонны выбираются клапанные прямоточные тарелки. Клапанные тарелки являются барботажными. Главными конструктивными элементами клапанных тарелок являются перфорированное основание тарелки и клапаны, в нерабочем состоянии перекрывающие отверстия в основании тарелки, а под действием потока пара поднимающиеся на некоторую высоту, которая определяется их массой или ограничителями подъема.
Клапанные тарелки, благодаря регулируемому сечению, обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне нагрузок. К их достоинствам относятся также почти полное отсутствие «провала» жидкости на нижележащую тарелку и малый унос жидкости паром, поднимающимся не вертикально, а наклонно к плоскости тарелки.
Примем расстояние между клапанными тарелками для верха колонны Н=800мм, высоту сливной перегородки hс=50мм, ориентировочную величину динамического подпора жидкости над сливной перегородкой ?hd=50мм.
Расчет скорости паров в точке захлебывания.
Линейная скорость паров в точке «переброса» жидкости рассчитывается по уравнению:
где ? - поверхностное натяжение на границе пар - жидкость при рабочих условиях; - плотность пара, кг/м3.
где Tkr - псевдокритическая температура, К,
?l - плотность жидкости при средней температуре укрепляющей секции колонны (84.5 ?С)
?l = (0.772 - 0.000515*143.3)*1000 = 698.201 кг/м3
Tkr = 204.6 + 273
Тогда поверхностное натяжение равно дин/см
Плотность пара при температуре укрепляющей части колонны
?v = 7.665 кг/м3
Тогда скорость паров в точке захлебывания
= 1.34 м/с
Расчет рабочей площади тарелки.
Объемная нагрузка по пару в верхнем сечении колонны:
где Gmas - массовая нагрузка по парам в данном сечении колонны.
V = 302327.4/(3600?7.665) = 10.956 м3/с.
Рабочая площадь тарелки рассчитывается по уравнению:
Sp = 1.269/(0.9 ? 1.722) = 0.819 м2
Расчет допустимой скорости жидкости в сливном устройстве.
Допустимая скорость жидкости в сливном устройстве:
Для случая малого пенообразования const = +300 мм, тогда
Wdop = (H + const) ? 10-3/5 = (800+300) ? 10-3/5= 0.22 м/с.
Расчет площади сливных устройств.
Площадь сливных устройств:
где Q - объемная нагрузка по жидкости в произвольном сечении укрепляющей секции колонны.
Lmas - массовая нагрузка по жидкости в данном сечении колонны.
Q = 251686.3/3600 ? 698.201 = 0.1 м3/с.
Ssl = 0.1 /(0.9 ? 0.22) = 0.506 м2
Диаметр и основные геометрические размеры согласно ГОСТ.
На основании проведенных расчетов выбираем следующие параметры клапанной однопоточной колонны:
Диаметр колонны Dk = 5000 мм
Длина пути жидкости на тарелке Lt = 1.455 м
Площадь поперечного сечения колонны Sk = 19.625 м2
Периметр слива В = 6.44 м
Площадь прохода паров S0 = 2.98 м2
Рабочая площадь тарелки Sp = 14.32 м2
Площадь сливных устройств Ssl = 2.48 м2
Зазор между сливом и приемной перегородкой b = 0.06 м
Зазор под сливным стаканом а = 0.08 м
10.2. Отгонная часть колонны
Предварительный расчет диаметра колонны для отгонной части колонны практически аналогичен расчету для укрепляющей части. Расчет скорости паров в точке захлебывания. Линейная скорость паров в точке «переброса» жидкости рассчитывается по уравнению:
?l = (d20 - 0.000515 ?t)?1000 = (0.783 - 0.000515?194.5)?1000=702.833 кг/м3
Поверхностное натяжение равно
? = 9.562 дин/см
Плотность пара при температуре отгонной секции колонны:
?v = 9.308 кг/м3
Тогда скорость паров в точке захлебывания:
= 1.232 м/с.
Расчет рабочей площади тарелки.
Объемная нагрузка по пару в верхнем сечении колонны:
где Gmas - массовая нагрузка по парам в данном сечении колонны.
V = 410100.3/(3600?9.308) = 12.238 м3/с.
Рабочая площадь тарелки рассчитывается по уравнению:
Sp = 11.04 м2
Расчет допустимой скорости жидкости в сливном устройстве.
Допустимая скорость жидкости в сливном устройстве:
Для случая малого пенообразования const = +300 мм, тогда
Wdop = (H + const) ? 10-3/5 = 0.22 м/с.
Расчет площади сливных устройств.
Площадь сливных устройств:
где Q - объемная нагрузка по жидкости в произвольном сечении укрепляющей секции колонны.
Lmas - массовая нагрузка по жидкости в данном сечении колонны.
Q = 573939.2/3600 ? 702.833= 0.227 м3/с.
Ssl = 0.227/(0.9 ? 0.22) = 1.146 м2
Диаметр и основные геометрические размеры согласно ГОСТ.
На основании проведенных расчетов выбираем следующие параметры клапанной однопоточной колонны:
Диаметр колонны Dk = 5000 мм
Длина пути жидкости на тарелке Lt = 1.45 м
Площадь поперечного сечения колонны Sk = 19.625 м2
Периметр слива В = 6.44 м
Площадь прохода паров S0 = 2.98 м2
Рабочая площадь тарелки Sp = 14.32м2
Площадь сливных устройств Ssl = 2.48 м2
Зазор между сливом и приемной перегородкой b = 0.06 м
Зазор под сливным стаканом а = 0.08 м
Проверочный гидравлический расчет выбранной тарелки
Укрепляющая часть колонны.
1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.
Удельная нагрузка по жидкости:
Lv = Q ? 3600/B = 0.1?3600/6.44 = 55.975 м2/ч
Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:
?hd = 2.84? Lv2/3 = 2.84?55.975 2/3 = 42 мм
Минимально допустимая величина для клапанных тарелок ?hd ?13 мм. Условие выполняется.
2. Определение величины уноса жидкости парами.
Отношение объемного расхода паров к рабочей площади тарелки:
Wp = V/Sp = 0.765 м/с
Высота пены на тарелках:
Zf = 342 м
Условие Zf < Н выполняется.
3. Расчет удельного уноса жидкости:
е0 = (1.72?(83.3? Wp/(Н - Zf))1.38)/? = (1.72 ?(83.3?0.765/(800 - 342)1.38)/8.976 = 0.013
4. Расчетный объемный расход жидкости с учетом уноса:
Qp = (Q + е0? Gmas/ (?l?3600))?3600 = 365.934 м3/ч
5. Проверка на захлебывание сливного устройства.
Отношение скорости жидкости в сливе к площади слива:
Wl = Qp / (3600? Ssl) =365.934/(3600?2.48) = 0.041 м/с
Условие Wl ? Wdop выполняется.
Отношение скорости жидкости под сливным стаканом к поперечному сечению зазора:
Wc = Qp/(B?a?3600) =365.934/(6.44?0.08?3600)= 0.197 м/с
Условие Wc < 0.45 выполняется.
6. Проверка на захлебывание тарелки.
Удельная нагрузка по жидкости и динамический подпор жидкости с учетом уноса:
Lv = Qp/B =56.822 м2/ч
?hd = 2.84? Lv2/3 = 42 мм
Скорость паров в точке переброса:
= 1.368 м/с
Объемная нагрузка по пару в точке переброса:
Vper = ? Sp = 1.368*14.32 = 19.588 м3/с
Условие V=10.956< Vper выполняется.
Проверка на отсутствие провала жидкости.
Скорость паров в режиме провала для клапанных тарелок:
W0pr =(0.00253? Lv+0.16)v(?l/?v)= 3.185 м/с
Объемный расход паров на нижней границе эффективной работы тарелки:
Vpr = W0pr?Sp = 9.492 м/с
Условие Vpr < V выполняется
Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:
Vmin = 0.15?S0v(?l/?v) = 4.243м3/с
Условие Vmin< V выполняется.
Отгонная часть колонны.
Для низа колонны проверочный расчет проводится аналогично верхней части колонны.
1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.
Удельная нагрузка по жидкости:
Lv = Q ? 3600/B =126.803 м2/ч
Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:
?hd = 2.84? Lv2/3 = 2.84?126.803 2/3 = 72 мм
Минимально допустимая величина для клапанных тарелок ?hd ?13 мм. Условие выполняется.
2. Определение величины уноса жидкости парами.
Отношение объемного расхода паров к рабочей площади тарелки:
Wp = V/Sp = 0.855м/с
Высота пены на тарелках:
Zf = 502мм
Условие Zf < Н выполняется.
3. Расчет удельного уноса жикости:
е0 = (1.72?(83.3? Wp/(Н - Zf))1.38)/? = (1.72 ?(83.3?0.855/(800 - 502)1.38)/9.562 = 0.025
4. Расчетный объемный расход жидкости с учетом уноса:
Qp = (Q + е0? Gmas/ (?l?3600))?3600 = 831.155 м3/ч
5. Проверка на захлебывание сливного устройства.
Отношение скорости жидкости в сливе к площади слива:
Wl = Qp / (3600? Ssl) =831.155 /(3600?2.48) = 0.093м/с
Условие Wl ? Wdop выполняется.
Отношение скорости жидкости под сливным стаканом к поперечному сечению зазора:
Wc = Qp/(B?a?3600) =831.155/(6.44?0.08?3600)= 0.488 м/с
Условие Wc < 0.45 выполняется.
6. Проверка на захлебывание тарелки.
Удельная нагрузка по жидкости и динамический подпор жидкости с учетом уноса:
Lv = Qp/B =129.061 м2/ч
?hd = 2.84? Lv2/3 = 73 мм
Скорость паров в точке переброса:
= 1.191м/с
Объемная нагрузка по пару в точке переброса:
Vper = ? Sp = 17.057 м3/с
Условие V=12.238< Vper выполняется.
7. Проверка на отсутствие провала жидкости.
Скорость паров в режиме провала для клапанных тарелок:
W0pr =(0.00253? Lv+0.16)v(?l/?v)= 4.488 м/с
Объемный расход паров на нижней границе эффективной работы тарелки:
Vpr = W0pr?Sp = 13.375 м/с
Условие Vpr < V не выполняется
Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:
Vmin = 0.15?S0v(?l/?v) = 0.19 м3/с
Условие Vmin< V выполняется.
11. Построение диаграммы производительности тарелки.
Укрепляющая часть колонны.
1. Предельная нагрузка по жидкости из допустимой скорости жидкости в сливе:
Qs1 = 3600?Wdop1?Ssl = 3600?0.22?2.48 = 1964.16 м3/с
Qs2 = 3600?Wc?B?a =3600?0.197?6.44? 0.08 = 365.38 м3/с
Меньшее из значений наносим на ось абсцисс и проводим через эту точку вертикальную линию, ограничивающую пропускную способность слива по жидкости.
2. Построение линии захлебывания тарелки.
Произвольно выбираются два значения нагрузки по жидкости и для них рассчитываются значения
Lv, ?hd, Wpper и Vper.
Возьмем Q1 = Qp = 365.934м3/ч, тогда V1 = 1.22 м3/с
Q2 = 50 м3/ч, тогда
Lv = 50/1.12 = 44.6 м2/ч
?hd = 2.84 = 35.8 мм
Wpper = 1.61?0.110.5 ? 9.0480.2 = 2.9 м/с
Vper = 2.9 ?1.1 = 3.19 м3/с
V2 = 3.19 м3/с
Через точки [Q1,V1] и [Q2,V2] проведем линию захлебывания.
3. Построение линии, ограничивающей зону эффективной работы тарелки.
При тех же выбранных нагрузках по жидкости Q1 и Q2 рассчитываются нагрузки по пару в режиме провала
Vpr = 0.368 м/с.
Для Q1 Vpr = 0.368 м3/с, для Q2:
W0pr =(0.00253? 44.6+0.16)v(676.482/4.625)= 3.3 м/с
Vpr = W0pr ? S0 = 3.3?0.121 = 0.4 м3/с
4. Построение линии, ограничивающей свободу устойчивости работы тарелки.
Рассчитанное ранее значение Vmin = 0.19 м3/с наносится на ось ординат и через полученную точку проводим горизонтальную прямую.
5. Построение линии минимальных нагрузок по жидкости.
Минимальная нагрузка по жидкости рассчитывается по уравнению:
Qmin = Lvmin?В = 10?0.19 = 1.9 м3/ч
Для клапанных тарелок Lvmin = 10 м2/ч
Точка Qmin наносится на ось абсцисс и проводится прямая, параллельная оси ординат.
На диаграмму производительности тарелки наносится рабочая точка М с координатами, равными рабочим нагрузкам
Qp = 26.786 м3/ч, V = 1.26 м3/с.
Рабочая точка находится в области удовлетворительной работы тарелки. Приложение 1.
Аналогично строится диаграмма для отгонной части колонны.
12. Расчет высоты ректификационной колонны
Полная высота колонны рассчитывается по уравнению:
Hk = h1 + (Nykp - 1) ?H + h2 +(Nотг - 1) ?H + h3 + h4,
где h1 - расстояние от верхнего днища до первой ректификационной тарелки, h1 = 0.5 Dk;
Nykp, Nотг - число тарелок в укрепляющей и отгонной секциях;
h2 - высота секции питания, h2 = 1м;
h3 - высота между нижней тарелкой и нижним днищем;
h4 - высота опорной части колонны, h4 = 4м.
Величина h3 рассчитывается с учетом необходимого запаса жидкости на случай прекращения подачи сырья в колону. Необходимый для этого объем нижней части колонны рассчитывается по формуле:
VH = Vw??,
где ? - необходимый запас времени = 0.25 ч.
Vw - объемный расход кубового остатка, м3/ч
Vw = W/ ?w = 163838.9/702.833 = 233.11 м3/ч
Vн = 233.11?0.25 = 58.28 м3
h3 = 4?Vн/(?Dk2) = 4?58.28 /(3.14?5 2 ) = 2.96 м
Hk = 0.5?5 +(20 - 1)?0.8+1+(30 - 1)?0.8+2.96+4 = 48.86 м
Литература
1. Пекаревский Б.В., Гайле А.А. Расчет ректификационных колонн. СПб., 2007.
2. Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., 2008.
3. Соколов Р.Б., Волков А.К. Алгоритм поиска проектных решений при разработке конструкций химических аппаратов. СПб., 1998.