Рудов Г.Я., Баранов Д.А. - Расчет тарельчатой ректификационной колонны (1093597), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Если ввести обозначение Kya=Kyf, то получим KyF K^f^

(31)

G G ⁷

где fm - рабочая площадь тарелки, составляющая 85-90 % от площади поперечного сечения тарелки, м²;

Kyf - коэффициент массопередачи, отнесенный к рабочей площади тарелки (кг-мольУм^ч);

G - молярный расход пара по высоте колонны, (кг-моль)/ч. Коэффициент массопередачи Kyf определяют по известному закону аддитивности фазовых сопротивлений

21

1 т

i

(32)

^ ^ ^/

где Pyf - коэффициент массоотдачи в паровой фазе, отнесенный к рабочей площади тарелки, (кг- моль)/м² -ч;

pxf - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к рабочей площади тарелки, (кг- моль)/м² •ч;

m - угловой коэффициент линии равновесия.

Угловой коэффициент зависит от концентрации, поэтому комплекс Kyffm/G не остается постоянным по высоте колонны и его необходимо вычислять для каждого выбранного значения х.

Рабочую площадь fm определяют по геометрическим размерам тарелки.

7. РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ [1,2,4,5,6,7]

Коэффициенты массоотдачи Pyf и pxf, необходимые для вычисления значений Kyf, рассчитывают по уравнениям, рекомендуемым в литературе для контактных устройств различного типа.

В качестве расчетных уравнений используют следующие.

а) Эмпирические уравнения в параметрической форме. Например, для расчета Pyf для ситчатых и колпачковых тарелок

/^ \ ^ =—(0,051+0,0105F)^, (33)

7 ч г

J т ' ¹

где Pyf - коэффициент массоотдачи, (кг-моль)/м?ч;

G - молярный расход пара, (кг-моль)/ч;

fm - рабочая площадь тарелки, м²;

^F ^^^[Р~у

ру, рх -плотности пара и жидкости, кг/м³;

w - скорость пара в свободном сечении колонны, м/с.

б) Эмпирические зависимости в критериальной форме для определения Pyf для ситчатой тарелки

22

0.7

.0.5

(34а)

где Nu

Re=

Pr=———

' P^y

где Pyf - коэффициент массоотдачи в паровой фазе, отнесенный к рабочей площади тарелки, (кг-моль)/м² •ч;

Ьст - высота статического слоя жидкости на тарелке, м (допускается принимать равной половине высоты переливного порога тарелки);

Dy - коэффициент диффузии в паровой фазе, м^с;

w - скорость пара в свободном сечении колонны, м/с;

ру - плотность пара, кг/м³;

|Ду - динамический коэффициент вязкости пара, (Н-с)/м². Для определения pxf" для ситчатой тарелки

Л^^бОКе^Рг,⁰⁵, (346)

P.f^hCT^Mx

Nu =•

где

ЗбООр^

Re.

Рг^-^-

^х РЛ

где Pxf - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, (кг-моль)/м • ч;

Мх - средняя молекулярная масса жидкой фазы;

D„ - коэффициент диффузии в жидкой фазе, м^с;

w ~ скорость пара в свободном сечении колонны, м/с (принималось равенство скоростей пара и жидкости);

рх - динамический коэффициент вязкости жидкости, (Н-с)/м².

23

в) Уравнения пересчета имеющихся экспериментальных данных для разделяемой смеси. Например, для массоотдачи в жидкой фазе в условиях близости значений характерных

линейных размеров тарелок Pxp^D^ . Искомый коэффициент массоотдачи в жидкой фазе P^f находят по уравнению

^f-^f^/D^ (35)

где Р ^ - известное из опытов значение коэффициента массоотдачи, (кг-мольУм^ч;

D^ - коэффициент диффузии в жидкой фазе для условий опыта,

м^с;

D^ - коэффициент диффузии в жидкой фазе для рассчитываемой

разделяемой смеси, м^с.

Значения /?- для ректификации разбавленной смеси

этанола в воде при D^ =4,57-10'⁹ м^с приведены в табл. 1.

Таблица 1

к' колпачковые тарелки, с - ситчатые.

Уравнения (34) и (35) при ориентировочных расчетах можно использовать и для других типов контактных устройств.

Входящие в уравнения физические константы пара и жидкости зависят от состава, и, следовательно, коэффициенты массоотдачи по высоте колонны будут переменными. Однако принимают, что коэффициенты массоотдачи Pyf и pxf можно считать постоянными и при их вычислении используют расчетные значения физических констант при средней концентрации легколетучего компонента в колонне.

24

При повышенной требовательности к результатам расчета необходимо весь концентрационный интервал Хуу - Хр разбить на ряд участков и для каждого из них вычислить коэффициенты массоотдачи при средних для этого участка значениях физических констант.

8. КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО УСТРОЙСТВА [1,4,5,7,9]

Тарелка ректификационной колонны представляет собой устройство, обеспечивающее контакт жидкости и пара. В современных ректификационных аппаратах используют тарелки различных конструкций, однако, наибольшее распространение получили колпачковые (многоколпачковые) и ситчатые тарелки с организованным переливом жидкости. Конструкции их регламентированы в отраслевых и государственных стандартах. Рассмотрим основные принципы конструирования таких тарелок.

Конструирование контактного устройства должно проводиться параллельно с кинетическим расчетом, так как расчет кинетических коэффициентов связан с конкретным типом контактного устройства.

Важнейшей конструктивной характеристикой ректификационной колонны является расстояние между тарелками, которое существенно влияет на производительность единицы объема аппарата. С уменьшением расстояния между тарелками увеличивается производительность единицы объема колонны. Поэтому всегда необходимо стремиться к возможно меньшему значению этой величины.

Как правило, расстояние между тарелками определяют не только из условий получения минимального объема колонны, но и из чисто технических соображений (установка люков, возможность работы со вспенивающимися жидкостями, технология изготовления колонны и возможность установки в ней

тарелок).

Практические рекомендации по выбору расстояния между

тарелками приведены в табл. 2.

25

Таблица 2

Как следует из таблицы, расстояние между тарелками выбирают в зависимости от диаметра колонны, который рассчитывают по уравнению

(36)

где Vp - объемный расход пара по колонне, определяют по уравнению

G,(R +1)22,4(273 +1)98100

(m'/c), (37)

V

3600•293-P где Р - давление пара в колонне, Па;

t - средняя температура пара в колонне, °С;

w- скорость пара в свободном сечении колонны, м/с.

Рабочая скорость пара в ректификационных колоннах, работающих при атмосферном давлении, обычно находится в пределах

^=(0,5-1,5) м/с. (38)

Это условие используют для предварительного расчета диаметра колонны.

Колпачковая и ситчатая тарелки с переливными устройствами состоят из следующих основных элементов (рис. 9). Рабочая зона - часть тарелки, на которой осуществляется контакт пара и жидкости. У колпачковой тарелки на площади этой зоны располагают колпачки, у ситчатой тарелки - перфорированную пластину.

Приемный карман ~ область тарелки, на которую поступает жидкость. Приемный карман отделен от рабочей зоны перегородкой IV, обеспечивающий гидрозатвор в переливном устройстве.

Сливной карман - зона, в которую сливают жидкость с тарелки. Сливной карман снабжен подпорной перегородкой V, обеспечивающей определенный слой жидкости на тарелке,

26

Рис.9. Схема тарелки с организованным сливом жидкости: I - рабочая зона; П - приемный карман; Ш -сливной карман; IV - приемная перегородка; V -переливная перегородка

Рис.10. Варианты устройств ввода паровой фазы на рабочей площади тарелки

сепарационной частью, где происходит отделение пара от жидкости, и переливными трубами (трубой), по которым жидкость сливают на следующую тарелку.

27

Тарелка, схема которой изображена на рис. 9, называется тарелкой с сегментным переливным устройством* У колпачковой и ситчатой тарелок конструкции приемного и сливного карманов одинаковы. Площадь, занимаемая приемным и переливным карманом, составляет 8-15 % от площади поперечного сечения колонны.

Рабочая зона сигчатой тарелки (рис. 10а) представляет собой перфорированную пластину. Отверстия диаметром do^l-6 мм (иногда до 10 мм) располагаются по вершинам равностороннего треугольника с шагом (2,5-5)do. Свободное сечение ситчатых тарелок выбирают в пределах 8:15 % от площади 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.

Основным элементом колпачковой тарелки является колпачок. Его устройство показано на рис. 11. Как и у ситчатой тарелки суммарную площадь прорезей всех колпачков, расположенных на тарелке, принимают равной 8г15 % от площади поперечного сечения колонны. При конструировании колпачка площадь поперечного сечения патрубка равна сумме площади прорези колпачка, а площадь кольцевого зазора для прохода пара между патрубком и колпачком равна площади патрубка или несколько больше.

Таким образом, отношение площади паровых патрубков к площади поперечного сечения колонны также составляет 8-15 %.

В зависимости от диаметра колонны выбирают диаметр колпачка. Можно рекомендовать следующие соотношения:

dk, мм 800 800-1200 1200-3000 3000-6000

с1кх11к, мм 50х50 80х80 100х80 150х100

28

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 40мм.

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 перегородки, 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 2500 мм применяют двухпоточные тарелки. Схема этой тарелки изображена на рис. 12.

Следует подчеркнуть, что выбранная из условия (38) скорость пара является ориентировочной. Предельно допустимая скорость пара в колонне зависит от конструктивных характеристик контактного устройства.

Для колпачковой тарелки предельную скорость пара определяют по уравнению

0,0158

w. (39)

%

Характеристики

Список файлов книги