Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны определяется по выражению

, (6.69)

где V - объемный расход паров в наиболее нагруженном сечении колон­ны, м³/с;

G - массовый расход паров в том же сечении, кг/с;

_q, G_q - соответственно линейная (м/с) и массовая (кг/м²с) допустимые скорости паров в том же сечении колонны.

Массовый расход паров в верхнем сечении колонны рассчитывается по уравнению материального баланса для данного сечения

G = D + g = D(1 + R) кг/ч. (6.70)

Для нижнего сечения колонны массовый расход пара

G = WП кг/ч. (6.71)

Дальнейший расчет ведется по большему из полученных значений рас­хода паров.

Объемный расход паров определяется по выражению

, (6.72)

где М - мольная масса смеси, кг/кмоль;

Т, - соответственно температура (К) и давление (МПа) в рассчиты­ваемом сечении колонны;

Т₀, - температура и давление при нормальных условиях (Т₀ = 273К; = 0,1 МПа)

z - коэффициент сжимаемости. При < 0,5 МПа можно принять z=l.

Допустимая линейная скорость паров в колонне определяется по выраже­нию

, (6.73)

и массовая скорость по уравнению

, (6.74)

где С - коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости (рисунок 6.20);

- плотность пара и жидкости соответственно, кг/м.³

Плотность паровой фазы при данной температуре Т рассчитывается как

. (6.75)

Плотность жидкости при температуре Т определяется по формуле

, (6.76)

где Т₀ - произвольная начальная температура (обычно 273 или 293 К);

_ж - плотность смеси при температуре Т, зависящая от плотности индивидуальных компонентов р, и определяемая по выражению

; (6.77)

для бинарной системы

, (6.78)

где а - средняя температурная поправка плотности на один градус в пределах температур от Т₀ доТ, (г/см³).

а = 0,001828 – 0,00132 , (6.78′)

Значение диаметра колонны округляется в соответст­вии с существующими нормами (ГОСТ 9617-61).

Стандартом предусмотрены следующие диаметры колонных аппаратов

- от 1000 до 4000 мм - через каждые 200 мм, т.е. 1200, 1400,1600 и т.д.;

- от 4000 - через каждые 500 мм.

1 – при =20∙10 Н/м; 2 – при =10∙10 Н/м

Рисунок 6.20 – Значение коэффициента С при различных величинах поверхностного натяжения ( )

6.16.2 Определение высоты колонны

Рабочая высота колонны (рисунок 6.21) рассчитывается по выражению

, (6.79)

где - число теоретических тарелок в концентрационной и отгон­ной секциях;

- эффективность (к.п.д.) тарелки;

h - расстояния между тарелками: h = 0.3 ... 0,7м (D_K <0,8 м, h = 250-300 мм; 0,8 < D_K < 6 м, h = 450-600мм; Dk > 6 м; h = 600-700мм);

h₁ - расстояние между верхним днищем и верхней тарелкой; h₁ =1,0 ... 1,3м;

h₂ - расстояние между тарелками в эвапарационном пространстве (вы­сота зоны питания); h₂ = 1,0 ... 1,5 м;

h - расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой; h₃ = 1,0 ... 1,5 м.

6.16.3 Расчет штуцеров

Расчет штуцеров ректификационной колонны (для ввода сырья А, вы­вода дистиллята Б и остатка В, ввода жидкого Г и парового Е орошения) про­водится по выражению

, (6.80)

где V - объемный расход потока в соответствующем штуцере, м³ /с;

_q - допустимая линейная скорость движения потока, м/с. Принимается в зависимости от агрегатного состояния потоков (пар, жидкость) и способа перемещения (дви­жение самотеком, подача насосом и т.д.).

Объемный расход потока определяется по выражению

, (6.81)

где G - массовый расход потока пара или жидкости, проходящий через рассчитываемый штуцер, кг/ч;

- плотность потока. Полученное значение диаметра штуцера округляется согласно существующим нормалям. Предусмотрен следующий ряд условных диаметров штуцеров: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250,275, 300, 350,400, 450 ... мм.