4.0. Гидравлический расчет.

Гидравлический расчет ректификационной колонны включает [12]:

- выбор типа контактного устройства (тарелки или насадки);

- определение скорости пара и диаметр колонны;

- определение основных размеров контактных и переливных устройств;

- определение гидравлического сопротивления контактных устройств;

- определение работоспособности контактных устройств;

Определение эффективности контактных устройств, включающее расчет реальных тарелок и общей высоты колонны.

Выбор контактного устройства зависит от физических свойств компонентов разделяемой смеси, нагрузок по пару и жидкости, наличие механических частиц и взвесей в сырье, особых требований к технологическому расчету, например, необходимости обеспечить небольшой перепад давления на тарелке и т.д.

Для тарельчатых ректификационных колонн (кроме провальных), максимальная линейная допустимая линейная скорость пара может быть определена по уравнению:

= (50)

Где, – плотность жидкости и пара.

Значение коэффициента зависит от типа и области применения тарелки, расстояния между тарелками, поверхностного натяжения жидкости. Расчет для тарелок различной конструкции изложен в работах [6, 12]. Другие зависимости для расчета допустимой и рабочей скорости пара рассмотрены в работе [14]. Для насадочных колонн и провальных тарелок определение максимального допустимой скорости пара производится иначе [6,12, 13, 19].

Диаметр колонны рассчитывается из уравнения объемного расхода:

= (51)

Где, V – объемный расход паровой фазы в колонне.

По расчетной величине выбирается ближайшее значение диаметра D из нормального ряда диаметров колонны, которое используется для дальнейших расчетов.

В нефтеперерабатывающей промышленности используется следующий нормальный ряд диаметров колонны D(в м) в соответствии с ГОСТ 9617-76 [12]: 1;1.2;1.4; 1.6; 1.8; 2; 2.2; 2.4; 2.6; 2.8; 3; 3.2; 3.4; 3.6; 3.8; 4; 4.5; 5; 5.5; 6; 6.4; 7; 8; 9.

В химической промышленности принят другой нормальный ряд диаметров колонн [12]: 0.4; 0.5; 0.6; 0.8; 1; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.2; 2.6; 3.

После определения диаметра колонны уточняется фактическая скорость пара в колоне:

= (52)

Гидравлическое сопротивление тарелок складывается из сопротивления парожидкостного слоя на тарелке, сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения. Формулы для расчета гидравлического сопротивления сухой тарелки и сопротивления парожидкостного слоя зависят от типа тарелки. В табл.2 приведены литературные источники, в которых рассмотрены примеры расчета гидравлического сопротивления тарелок.

Гидравлический расчет рекомендуется проводить отдельно для верхней и нижней части колонны, т.к. объемные расходы пара и жидкости для разных сечений колонны неодинаковы. В вакуумных колоннах с боковым отбором продуктов (сложных колоннах) объемные расходы пара и жидкости могут изменятся настолько значительно, что для таких колонн диаметры верхней и нижней части выполняются различными. В сложных колоннах часто различают и контактные устройства концентрационной и отгонной секции колонны.

Таблица.2. Расчет гидравлического сопротивления тарелок

Тип контактного устройства		Источник информации
Клапанная тарелка со скобой ограничителем		[15,с.73]
Клапанная двухпоточная тарелка с дисковыми клапанами		[16,с. 19]
S-образная тарелка с клапанами		[12,с 205; 19,с. 21; 16,с. 46]
Решетчатая тарелка		[13,с 109; 14,с. 412; 16,с. 101; 19,с. 25]
S-образная тарелка		[15,с 76]
Ситчатая тарелка		[7,с 345; 13,с. 131; 17,с. 161]
Насадка (кольца Рашига)		[4,с 316; 12,с. 216; 13,с. 108; 17,с 163; 18,с. 332; 19,с. 30]
Колпачковая тарелка с круглыми колпачками		[8,с. 225; 17,с. 157]

Число реальных тарелок приближено, без учета кинетики процесса массообменная на каждой тарелке, определяется как частное от деления числа теоретических тарелок на средний коэффициент полезного действия тарелки (колонны) :

= (53)

Значение в процессах ректификации для различных смесей жидкостей и типов контактных устройств приведены в работе [6]. Значение коэффициента полезного действия тарелок обычно составляет от 0,3 до 0,8.

После определения числа реальных тарелок в колонне и их гидравлического сопротивления уточняется значение давлений в зоне питания и в кубе колонны (формулы (13) – (14)). В случае большого расхождения предварительного определения величины и (когда принималось ориентировочное число реальных тарелок и их гидравлическое сопротивление) и уточненных значений давления в зоне питания и внизу колонны когда формулы (13) и (14) подставлялись рассчитанные величины числа реальных тарелок и гидравлического сопротивления) в расчеты вносятся необходимые корректировки.

Число реальных тарелок и расстояние между ними определяет высоту тарельчатой части колонны и (рис.6):