4 Определение диаметра колонны

Диаметр колонны D_к , м, рассчитывается по уравнению расхода для укрепляющей и исчерпывающей части колонны

где G_d – количество отбираемого дистиллята, кг/ч;

W_n – скорость пара в полном сечении колонны, м/с»

P_n – плотность пара в верхней части колонны, кг/м³.

Предварительно необходимо определить допустимую скорость пара W_n в полном сечении колонны в условиях разделения данной смеси при принятом расстоянии между тарелками h_Т. Принимаем расстояние между тарелками h_Т в пределах от 400 до 600 мм из нормализированного ряда (h_Т=400, 500, 600 мм).

Минимальная скорость пара W_max , м/с, может быть определена по упрощенному выражению на основе допустимого фактора скорости F_s , который для клапанных тарелок принимается равным F_s = 3 * А. Коэффициент А зависит от расстояния между тарелками h_Т

Рабочая скорость пара

Средняя плотность параP_n , кг/м³ , в укрепляющей и исчерпывающей части колонны определяется по уравнению состояния.

Где Р – давление в колонне, Па ( Р= 1*10⁵ Па);

М_ср – средняя молекулярная масса паровой смеси.

Где у_ср – средний состав пара для каждой из частей колонны, мол. Доли:

Для укрепляющей части колонны

Для исчерпывающей части колонны

Где у_f , у_w – составы пара в мол. Долях определяются по кривой равновесия для соответствующих концентраций х_f , х_w; у_d = х_d.

Температуру Т, К, для каждой из частей колонны определяют по формуле

Средняя температура в каждой из частей колонны может быть определена двумя способами. Первый:

Где t_f , t_d , t_w – температуры кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, определяют по диаграмме t – x, y

Второй: t_{ср у} определяется по у_{ср у} , а t_{ср и} определяется по у_{ср и} из диаграммы t – x, y.

Размеры клапанной тарелки выбирают по диаметру колонны D_k

Для средних условий работы тарелки высота сливной планки h_n = 80мм.

5 Определение высоты колонны на основе кпд тарелок по Мерфри

КПД тарелок укрепляющей части колонны отличается от КПД тарелок исчерпывающей части, поэтому их рассчитывают отдельно для каждой из частей колонны. Расчет КПД тарелок по Мерфри ведется на основе кинетических коэффициентов массопередачи с учетом диффузионных сопротивлений в паровой и жидкой фаз по уравнению аддитивности диффузионных сопротивлений.

где N_OG – общее число единиц переноса массы в газовой фазе;

N_G – частное число единиц переноса массы в газовой фазе;

N_L – частное число единиц переноса массы в жидкой фазе;

- массообменный фактор для укрепляющей части колонны;

- массообменный фактор для исчерпывающей части колонны;

R – рабочее флегмовое число;

M_ср – средний тангенс угла наклона касательной к равновесной кривой;

Для определения средних значений тангенса угла наклона линии равновесия для верхней и нижней частей колонны проведем касательные к равновесной кривой при

G, L – нагрузки колонны по пару и жидкости, кг/ч;

G_f – нагрузка колонны по жидкому сырью, кг/ч;

Где Pr_G – число Прандтля для газовой фазы

V_G – кинематическая вязкость газовой фазы, м²/с:

- динамическая вязкость газовой фазы, Па*с (1 спз = 1*10^-3 Пас*с)

D_G – коэффициент молекулярной диффузии компонента 1 в паровой фазе, м²/с;

D_L – коэффициент молекулярной диффузии в жидкой фазе, м²/с;

h_n – высота сливной планки, м (h_n = 0,08 м);

W_K – скорость пара над контактным слоем тарелки, м/с.

Где W_G – скорость пара в полном сечении колонны, м/с, определяется на основе принятого диаметра колонны D_K.

Где P_n – плотность пара, кг/м³;

L_S – нагрузка жидкости на периметр слива тарелки, м³/м*ч;

L_G – массовая нагрузка колонны по жидкости, кг/ч.

Плотность жидкости P_L, кг/м³, определяется по средней массовой концентрации жидкости a_ср, массов. Доли, для укрепляющей и исчерпывающей части колонны (на основе уравнения аддитивности, полученного с учетом объемных концентраций):

Где для укрепляющей части колонны

Для исчерпывающей части колонны

Где P_A , P_B – плотность компонентов A и B в жидком состоянии при средних температурах, кг/м³

Нагрузка по жидкости L_G кг/ч, рассчитывается для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны соответственно

;

Где - среднее время пребывания жидкости на тарелке, м;

Где Z_С – средняя высота светлого слоя жидкости на тарелке, м;

I – длина пути жидкости на тарелке, м;

B – длина слива тарелки, м;

Где D_G – коэффициент молекулярной диффузии в газовой фазе, м²/с.

P – давление в колонне, бар. Давление в колонне – атмосферное (Р=1 бар);

Т – температура, К;

М₁ , М₂ – молекулярные массы 1-го и 2-го компонентов;

V_{B1 ,} V_B2 – мольные объемы 1-го и 2-го компонентов при нормальной температуре кипения, см³/моль. Определяется по формуле Бенке

Где М – молекулярная масса,

N – число атомов в молекуле,

Т_В – температура кипения чистого компонента, К.

Где D_L – коэффициент молекулярной диффузии вещества 1 (ЛЛК) в жидкой фазе при средней температуре в колонне, м²/c;

М₂ – молекулярная масса растворителя 2 (ТЛК)

- динамическая вязкость растворителя 2, спз;

Т – температура, К.

Локальный КПД тарелки рассчитывается по формуле

Для определения общих КПД Мерфри Е_М на основе локальных КПД Е_Л с учетом продольного перемешивания жидкости для каждой из частей колонны определим коэффициент продольного перемешивания жидкости на тарелке D_Тж , м²/с, и критерии Пекле Ре_ж.

Действительное число тарелок определяется по выражению

Где – число теоретических тарелок.

Высота рабочей части колонны Н_к , м, с учетом расстояния между тарелками h_Т определяется по выражению