Рудов Г.Я., Баранов Д.А. - Расчет тарельчатой ректификационной колонны (1093597), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

пр

29

где d^ -диаметр колпачка, м;

Н - расстояние между тарелками, м;

р^ ,р^ - плотности жидкости и пара соответственно, кг/м .

Рис. 11 .Эскиз колпачка

Для сетчатой тарелки предельную скорость рассчитывают по уравнению

(40)

\l-y

В литературе встречаются и другие рекомендации по определению предельной скорости пара, которые также могут быть использованы при расчете ректификационных колонн. Рабочую скорость пара в колонне принимают на 10-20 % ниже предельной (уравнения (39) и (40). Вычисленная таким образом рабочая скорость пара обеспечивает работу ситчатой и колпачковой тарелок в равномерном режиме без провала жидкости через отверстия при достаточно хорошей сепарации капель жидкости из парового потока.

Высоту переливного порога на ситчатых и колпачковых тарелках выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить определенный слой жидкости на них, барботируя через который, пар образует поверхность фазового контакта. Высота слоя жидкости на тарелке должна быть такой, чтобы компенсировать неточность горизонтального положения ситчатой тарелки и горизонтальности верхнего обреза прорезей колпачков:

отклонение от горизонтального уровня плоскости ситчатой тарелки и уровня верхнего обреза прорезей колпачка должно быть значительно меньше принимаемого уровня жидкости на тарелке.

30

Жидкая фаза

Паровая фаза

5 э

ю о

cd (⁼*

^ б

О Я

ю о

<Я 5

P-i 8

Рис.12. Схема двухпоточной по жидкой фазе тарелки

С другой стороны, увеличение слоя жидкости вызывает повышение гидравлического сопротивления тарелки. В зависимости от диаметра аппарата высоту переливного порога для сетчатых тарелок принимают в пределах 20-50 мм. При пониженных давлениях высота сливной перегородки может быть уменьшена. Для колпачковых тарелок высоту сливного порога выбирают такой, чтобы обеспечить погружение прорезей. Максимальное погружение прорезей составляет 30 мм. Для вакуумных колпачковых колонн эта величина уменьшается до 5

MM.

Кроме колпачковых и ситчатых тарелок, в промышленности используют просечные, клапанные и пластинчатые тарелки.

В качестве элементарного устройства ввода паровой фазы в просечных тарелках применяют просечки в виде арок (рис. 106) или отогнутых под углом 20-40° лепестков. На рабочей площади тарелки в соседних рядах арочные или лепестковые просечки направлены в противоположные стороны; при значительных нагрузках по жидкой фазе направление просечек в соседних рядах совпадает.

В клапанных тарелках на рабочей площади вместо отверстий или колпачков расположен ряд клапанных устройств ввода пара (рис.Юв). В зависимости от расхода паровой фазы клапан смещается в вертикальном направлении.

Рабочая площадь пластинчатой тарелки состоит из ряда пластин (рис. Юг), расположенных под углом к горизонтальной поверхности. Паровая фаза проходит между пластинами и барботирует в жидкую фазу.

Ситчатые, колпачковые, просечные, клапанные и пластинчатые тарелки имеют различные значения предельно-допустимых скоростей паровой фазы, гидравлических сопротивлений, коэффициентов массоотдачи, допустимых нагрузок по жидкой фазе и других показателей. Выбор типа контактного устройства должен быть аргументирован технико-экономическими расчетами. Данные о контактных тарельчатых устройствах приведены в монографии [10].

32

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТАРЕЛКИ [1,4,5,6,7,9]

Гидравлическое сопротивление ректификационного тарельчатого аппарата и, как его элемента, отдельной тарелки является важным показателем работы, определяющим, минимальное расстояние между тарелками и работу переливного устройства. Гидравлическое сопротивление тарелки зависит от ее конструктивных особенностей и типа тарелки.

Независимо от типа тарелки общее гидравлическое сопротивление ее ДР можно рассчитывать как сумму трех составляющих

AP=APeyx+ДPcт⁺ДPcг. (41)

где ДРсух - сопротивление сухой тарелки. Па;

ДРо - сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения. Па;

АРст - статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке,

Па.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки как колпачковой, так и ситчатой определяют по уравнению

-Ру

(42)

где Wo - скорость пара в отверстиях ситчатой тарелки или скорость в прорезях колпачка, м/с;

£, - коэффициент сопротивления для тарелок;

ситчатых £=1,82;

колпачковых ^=5,4-6.

Гидравлическое сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, находят по уравнению

4а-А^=у, (43)

где а - поверхностное натяжение, Н/м;

с1э -диаметр отверстия для ситчатой тарелки или эквивалентный диаметр прорези колпачка, определяемый по соотношению

(1э-44/П, (44)

33

где fnp - площадь прорези, м²;

П - периметр прорези, м. Статическое давление слоя жидкости на колпачковой тарелке

ДРст-h^png, (45) где her - высота барботажа на тарелке, м;

рп - плотность парожидкостного слоя на тарелке, кг/м³, принимают в пределах (0,4-0,6)рх;

рх - плотность жидкости на тарелке, кг/м³. Высота барботажа на колпачковой тарелке

hcT^hnorp+ho^l+Ah+A/l, (46) где hnorp - высота погружения прорезей, определяемая как разность отметок верхней кромки сливной перегородки и верхнего обреза прорезей в колпачке, м;

Ьоткр - высота открытия прорезей. Как правило, колпачковые тарелки работают с полным открытием прорезей, поэтому эта величина может быть принята равной высоте прорезей, м;

Ah - величина превышения уровня жидкости над сливной перегородкой, м;

Д - градиент уровня жидкости на тарелке. Эта величина для колонн среднего диаметра незначительна и ею в расчете можно пренебречь, м.

Величину превышения уровня жидкости над сливной перегородкой находят по уравнению

(L\²¹³

Дй= 0,00284 Д- , (47) \b}

где L - расход жидкости, мЭ/ч;

b - ширина сливной перегородки, м;

К - безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости, КМ.

Для ситчатой тарелки статическое давление слоя жидкости определяют из уравнения

ДР^ = U(^ + д/^)а<?, (48) 34

где К' - относительная плотность парожидкостного слоя на тарелке (принимают 0,4-0,6);

Ah - величина превышения уровня жидкости на тарелке, м, находят по уравнению (47);

hnep - высота переливного порога, м;

рх - плотность жидкости на тарелке, кг/м³.

После конструирования контактного устройства необходимо проверить принятое межтарельчатое расстояние из условий нормальной работы переливного устройства.

Расстояние между тарелками должно удовлетворять следующему соотношению:

Н>Ьз+Ьд4-Ьъ (49) где Ьз - высота, обеспечивающая гидравлический затвор, препятствующий проходу пара через переливное устройство тарелки, м;

Ьд - динамический напор, создающий переток жидкости с тарелки на тарелку, м;

hie - конструктивная высота, м (см. рис. 13).

В практике для проверки принятого расстояния между тарелками используют упрощенное соотношение

Н^>^. (50)

P.g где ДРщ - полное гидравлическое сопротивление тарелки. Па;

рх - плотность жидкости в переливном устройстве, кг/м³. Полное сопротивление колонны определяют по формуле

ДРк-пДРгп, (51) где n - число тарелок в колонне.

35

Рис.13. Схема расположения двух соседних ситчатых тарелок

10. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

1.Определение производительности колонны по дистилляту и

кубовому остатку (разд. 4). 2.Определение молярных концентраций исходной смеси,

дистиллята и кубового остатка (разд. 4).

3.Построение равновесной кривой и изобар температур кипения и конденсации (разд. 3).

4. Определение минимального флегмового числа (разд. 4).

5. Определение оптимального флегмового числа (разд. 5).

6. Определение потоков пара и жидкости по колонне (разд. 4,8)

7. Определение ориентировочного диаметра колонны (разд. 8).

8. Определение основных конструктивных характеристик контактного устройства (разд. 8).

9. Расчет рабочей скорости пара (разд. 8). 10.Определение диаметра колонны (разд. 8).

11. Конструирование контактного устройства (разд. 8).

12. Гидравлический расчет контактного устройства (разд. 9).

13. Проверка принятого расстояния между тарелками (разд. 9).

14. Определение кинетических коэффициентов (разд. 7).

15. Построение кинетической кривой и определение числа тарелок (разд. 6).

36

16. Определение кинетической кривой и числа тарелок (разд. 9).

17. Выполнение эскизов тарелки и колонны.

11. ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕПРЕРЫВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ ТАРЕЛЬЧАТОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ МЕТАНОЛ-ВОДА

Задание

Рассчитать непрерывнодействующую ректификационную колонну с ситчатыми тарелками для разделения 5000 кг/ч смеси, содержащей 40 мас.% метанола и 60 мас.% воды. Дистиллят должен содержать 98,5 мас.% метанола, а кубовый остаток - 1,5 мас.% метанола. Ректификацию проводят под атмосферным давлением. Исходную смесь и флегму вводят в аппарат при температуре кипения. Расчет

1. Определение производительности по дистилляту и кубовому остатку

По уравнениям (5-6, разд. 4) при аг=0,400 мас.д., Вр=0,985 мас.д. и а^=0,015 мас.д.и Gf=5000 кг/ч получены значения Gp=1985 кг/ч, Gv,==3015 кг/ч.

2. Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка

По уравнению (9) при значениях молекулярной массы метанола Мд=32 и воды Мв=18 и концентрациям аг=0,400 мас.д., ар==0,985 мас.д. и aw^'0,015 мас.д. определены следующие молярные концентрации легколетучего компонента смеси xf=0,273 мол. д., Хр=0,973 мол. д. и Xw⁼0,009 мол.д. 3. Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации

На основании опытных данных (табл. 3) в координатах у-х строим кривую равновесия для смеси метанол-вода при атмосферном давлении и кривую температур кипения и конденсации (см. рис. 14 и 15).

37

0.2 DA Q6 ОЯ (.0

/,^Л10/».5.

Рис.14. Изобара температур кипения и конденсации смеси метанол-вода: 1 - пар; 2 - жидкость

Таблица 3

4. Определение минимального флегмового числа

На диаграмме х-у (рис. 15) наносим точку 1 с координатами Ху=у^0^73 и на кривой равновесия точку 3 с абсциссой хг=0,273.

Из точки 2 (пересечение диагонали квадрата у-х с абсциссой Хр=0,973) проводим через точку 3 прямую до пересечения с ординатой диаграммы. На оси ординат получаем отрезок равный Вп.ах-0,515.

Характеристики

Список файлов книги