Добавил:

Ecolog Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный университет инженерной экологии

Предмет:

Процессы и аппараты химической технологии

Файл:

Учебники и учебные пособия / Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

260

Добавлен:

20.05.2014

Размер:

2.65 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>

В стальных капсульных (круглых) колпачках количество прорезей

следующее:
Диаметр колпачка Dк, мм	60	80	100	150
Количество прорезей z	16	20	26	40

В желобчатых колпачках z =130lкп ,в S-образных элементах z = 40lкп,где lкп −длина колпачка, м.

Расчетная ширина прорезей при их нормализованной высоте приведена в

табл. 5.

Расчетная ширина b прорезей в колпачках					Таблица 5
Расчетная ширина b прорезей в колпачках
Форма колпачка и прорези	Ширина прорези (мм) при высоте прорези hпр ,мм

	15	20	25	30	45

Капсульный, прямоугольная	-	4,00	4,0	4,00	-
Капсульный, трапецеидальная	5,31	5,75	-	6,75	-
Желобчатый, трапецеидальная	-	8,25	7,8	7,37	-
S-образный, трапецеидальная	-	-	-	-	16

Для тарелки, выбранной по одной из табл. 7 – 9 по величине рабочей площади тарелки, необходимо проверить надежность работы сливного

устройства. Во избежание захлебывания сливного устройства скорость

жидкости в нем должна отвечать условию
w	=V	/ F < k		5	H	n2 ,	где F	−площадь сливного
ж.сл	ж.д	сл		5		T	сл
устройства выбранной тарелки, м2 .
Значения коэффициентов k5			и показателей степени n2 в зависимости от
фактора вспениваемости жидкости приведены в табл. 6.

Скорость жидкости (м/с) в зазоре между основанием тарелки и нижней кромкой сливного стакана (зазор a на рис. 7.3) должна отвечать условию

wж.з = VПж.да < 0,45.

Для тарелок ТСК-1 a = 0,035м;для тарелок типов ТСК-Р, ТС и S – образных a = 0,06м; для клапанных тарелок а = 0,09м

Если одно из условий не соблюдается, следует увеличить расстояние между тарелками или перейти к расчету двухпоточной тарелки.

Значения коэффициентов ϕ, k5	и n2		Таблица 6
Значения коэффициентов ϕ, k5	и n2
Вспениваемость жидкости		ϕ	k5	n2

Малая (ректификация нефтяных фракций, углеводородных		1-0,9	0,250	0,65

газов, кроме легких типа метана и этана, фтористых систем –
фреонов)	0,9-0,7	0,225	0,80
Средняя (атмосферная перегородка нефти, абсорбция и
десорбция углеводородов, регенерация аминов и гликолей)	0,7-0,6	0,118	1,30
	0,7-0,6	0,118	1,30
Большая (вакуумная перегонка мазута, абсорбция аминами и
гликолями, растворами глицерина, метилэтилкетонами)

Расчет сопротивления тарелок практически бывает необходим для

вакуумных ректификационных колонн, для колонн с большим количеством тарелок ( nT =80 ÷100 ), работающих под атмосферным давлением, а также

для адсорбционных колонн, когда их сопротивление определяет выбор напора

газодувки.

		Рис. 7.3. Основные параметры колпачковой тарелки
		Общее сопротивление тарелки с переливным устройством принято
рассчитывать по уравнению				∆p = ∆pс + ∆рж , где ∆рс − сопротивление сухой
тарелки, Па; ∆рж −сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па.
		Сопротивление	сухой	тарелки	равно ∆р	с	= ζ	с	ρ	ω 2 / 2 ,	где
						с		с		п 0
ρ	п	−плотность пара	(газа),	кг/ м3 ;	ω −скорость		пара			(газа) в	паровых
	п				0

патрубках или отверстиях (клапанной, ситчатой) тарелки, м/ с(рассчитывается по площади прохода пара F0 , указанной в табл. 7).

Коэффициенты сопротивления сухой тарелки имеют следующие значения: для колпачковой тарелки с диаметром колпачка Dк, м,

ζ =1,73D−0,25 ; для тарелки из S-образных элементов ζ = 4; для клапанной

тарелки ζ = 3,6; для ситчатой тарелки ζ =1,7 .

Сопротивление слоя жидкости	на	тарелке можно рассчитать по
	h	+ ∆h
	пр			где ∆h −перепад

упрощенной зависимости ∆рж = hг.б +		2	ρжg ,
		2

уровня жидкости на тарелке по пути ее движения, м.

Величину перепада уровня жидкости на тарелке можно ориентировочно

	l V 2
оценить по зависимости ∆h = 0,1λэ	ж ж	, где λэ −эквивалентный
оценить по зависимости ∆h = 0,1λэ	П2 (hпор + hсл )3 g	, где λэ −эквивалентный

коэффициент сопротивления перетоку жидкости по тарелке; lж -длина пути

жидкости на тарелке, м; П - периметр слива, м;Vж −расход жидкости, текущей по тарелке, м3 / с. Значения lж указаны в табл. 8.

Для нормализованных тарелок с перекрестным движением пара и

жидкости можно принять следующие значения λэ:для тарелок с капсульными колпачками λэ ≈16lж ; для клапанных тарелок λэ ≈ 8lж ; для ситчатых тарелок

λэ ≈ 6lж .

Для тарелок, скомпонованных из S-образных элементов и ситчатых с отбойными элементами величина ∆h зависит также от скорости пара в колонне, который способствует перетоку жидкости по тарелке.

Если при расчете однопоточной тарелки величина перепада жидкости окажется ∆h > 0,2hсл,следует перейти к многопоточной тарелки. Основные

параметры рассмотренных выше стандартизированных тарелок приведены в

табл. 7 – 9 [19].

Пример. Рассчитать ректификационную колонну с колпачковыми

тарелками при следующих исходных данных: нагрузка по пару Gп =18000кг/ ч;

нагрузка	по жидкости		Gж = 25000кг/ ч;			плотность		паров ρп = 4,25кг/ м3 ;
плотность жидкостиρж =800кг/ м3; поверхностное натяжение σ = 0,02Н / м;
число ступеней изменения концентрации						nст = 24 . Вспениваемость жидкости
средняя, давление в колонне атмосферное [19].
		Технические характеристики колпачковых тарелок							Таблица 7
		Технические характеристики колпачковых тарелок
Тип	Диаметр	Рабочая		Площадь	Площадь		Периметр	Длина	Количество	Диаметр	Расс
тарелки	колонны	площадь		прохода	слива		слива	пути	колпачков	колпачка	м
	D,мм	тарелки		паров	Fсл,м2		П,м	жидкости	на тарелке	Dк,мм	тар
		Fр,м2		F0,м2				Lж,м	m		H

ТСК-1	400	0,090		0,008	0,005		0,302	0,22	7	60	200;3
	500	0,146		0,015	0,007		0,400	0,3	13	60	400;5
	600	0,215		0,027	0,012		0,480	0,37	13	80
	800	0,395		0,049	0,021		0,570	0,52	24	80
	1000	0,573		0,073	0,050		0,800	0,595	37	80
ТСК-Р	1000	0,64		0,090	0,064		0,665	0,722	39	80
	1200	0,93		0,129	0,099		0,818	0,856	43	100
	1400	1,12		0,162	0,198		1,09	0,933	49	100
	1600	1,47		0,219	0,269		1,238	0,976	66	100
	1800	1,86		0,272	0,334		1,42	1,096	86	100
	2000	2,38		0,385	0,380		1,455	1,342	114	100
	2200	2,99		0,471	0,412		1,606	1,462	141	100	300;
	2400	3,54		0,557	0,505		1,775	1,582	168	100	800
	2600	4,13		0,638	0,674		2,032	1,704	202	100
	2800	4,74		0,769	0,686		2,096	1,826	238	100
	3000	5,52		0,849	0,778		2,25	1,980	272	100
	3200	6,26		1,180	0,880		2,39	2,112	168	150
	3400	6,82		1,320	1,128		2,62	2,260	173	150
	3600	7,20		1,370	1,441		2,88	2,400	194	150
ТСК-РБ	2200	2,637		0,398	0,464		2,77	0,681	124	100
	2400	3,390		0,518	0,458		2,824	0,801	156	100
	2600	3,707		0,584	0,696		3,368	0,801	176	100
	2800	4,486		0,717	0,674		3,412	0,921	220	100
	3200	7,122		0,975	1,372		4,446	0,896	136	150
	3600	7,120		1,318	1,582		4,896	1,170	184	150

Примечание. Характеристики двухпоточных тарелок (ТСК-РБ) даны только для диамет

D > 2200мм

Решение. Предварительно принимаем расстояние между тарелками

HT = 0,4м и коэффициент вспениваемости ϕ = 0,8 .
Рассчитав величину комплекса
	Gж		ρп		= 25000	4,25 =	0,1 , по		рис.	7.1 найдем значение
	G		ρ	ж	18000	800
		п		ж
коэффициента С = 0,07 .
Скорость пара в рабочем сечении колонны будет
	ωp = 0,8 0,07 800 −4,5 = 0,76м/ с.
						4,5
					Технические характеристики ситчатых тарелок						Таблица 8
					Технические характеристики ситчатых тарелок
Тип		Диаметр			Рабочая	Площадь		Периметр	Длина	Диаметр	Шаг	Расстояние
тарелки		колонны			площадь	слива		слива	пути	отверстий	размещения	между
		D,мм			тарелки	Fсл,м2		П,м	жидкости	d0, мм	отверстий	тарелками
					Fр,м2				lж,м		t,мм	HT, мм

ТС			400		0,051	0,004		0,302	0,28	3; 4; 5	7-12;	200;300;400;
			500		0,089	0,010		0,400	0,30		8-15;	500
			600		0,140	0,012		0,480	0,37		10-18
			800		0,410	0,020		0,570	0,52
			1000		0,713	0,036		0,800	0,59
ТС-Р			1200		1,010	0,060		0,722	0,86			300;400;
			1400		1,368	0,087		0,860	0,93			600;800; 1000
			1600		1,834	0,088		0,795	0,97
			1800		2,294	0,123		1,050	1,09
			2000		2,822	0,159		1,190	1,34
			2200		3,478	0,161		1,240	1,46
			2400		3,900	0,317		1,570	1,60
			2600		4,780	0,258		1,540	1,70
			2800		5,640	0,260		1,570	1,83
			3000		6,430	0,315		1,710	1,98
			3200		7,270	0,385		1,860	2,11
			3400		8,310	0,376		1,900	2,26
			3600		9,000	0,580		2,240	2,40
ТС-РБ			2600		4,03	0,696		0,800	1,68
			2800		4,86	0,674		0,920	1,70
			3200		5,60	1,372		0,896	2,22
			3600		7,32	1,582		1,170	2,45

Примечания: 1. Площадь прохода паров F		= 0,906F	d		0	2
						.
				t
	0		р
2.	Шаг расположения отверстий принимается в указанных пределах через 1 мм.
3.	Характеристики двухпоточных тарелок (ТС-РБ) даны только для диаметровD > 2600 мм.

Объемный расход пара в колонне равен

V =	Gп	=	18000	=1,18м3 / с.
	3600ρп		3600 4,25
п

Рабочая площадь тарелки составит Fр =1,18 / 0,76 =1,55м2 .

По данным табл. 7 выбираем тарелку типа ТСК-Р для колонны

диаметром D =1800 мм. Эта тарелка имеет следующие параметры: периметр слива П =1,42 м; площадь слива Fсл=0,334 м2; площадь прохода пара Fo= 0,272 м2; длину пути жидкости по тарелке lж= 1,096 м; зазор под сливным стаканом а = 0,06 м, количество колпачков m =86; диаметр колпачка dк =100 мм.

В задачу дальнейших гидравлических расчетов основных параметров тарелки входит определение высоты сливного порога hпор, подпора жидкости

над сливным порогом hсл и, если это необходимо, сопротивления тарелки ∆p .

		Технические характеристики клапанных тарелок						Таблица 9
		Технические характеристики клапанных тарелок
Тип	Диаметр	Рабочая	Периметр	Площадь	Относительное			Расстояние
тарелки	колонны	площадь	слива П,	слива	свободное сечение			между
	D, мм	тарелки	м	Fсл, м2	тарелки (%) при шаге			тарелками
		Fр, м2			расположения			HT,мм
						клапанов t
					50 мм	75мм	100 мм
ТПК	1000	0,50	0,84	0,14	7,69	5,12	-	300; 350;
однопоточная	1200	0,79	0,97	0,17	10,44	6,63	5,57	400; 450;
	1400	1,10	1,12	0,22	11,42	7,79	5,84	500; 600; 700;
	1600	1,47	1,26	0,27	13,23	8,25	6,36	800
	1800	1,83	1,43	030	13,23	8,46	6,90
	2000	2,24	1,6	0,45	13,65	9,36	7,03
	2200	2,76	1,74	0,52	14,26	9,44	7,13
	2400	3,21	1,92	0,66	14,55	9,55	7,20
	2600	3,84	2,05	0,74	14,91	9,98	7,71
	2800	4,41	2,23	0,87	15,25	10,12	7,75
	3000	5,01	2,4	1,03	14,87	9,95	7,28
	3200	5,76	2,54	1,14	15,32	10,51	7,70
	3400	6,44	2,72	1,32	15,38	10,22	7,62
	3600	7,39	2,85	1,40	15,87	9,84	7,83
	3800	8,08	3,03	1,61	15,8	10,45	8,66
	4000	8,96	3,2	1,82	15,83	10,67	8,08
ТПК	3000	4,74	4,08	1,03	11,68	8,03	6,11
двухпоточная	3200	5,59	4,22	1,12	12,35	8,66	6,27
	3400	6,23	4,52	1,32	12,3	8,61	6,24
	3600	7,11	4,76	1,43	12,75	8,30	6,67
	3800	7,68	5,14	1,69	12,8	8,65	6,46
	4000	8,75	5,28	1,79	13,4	8,79	6,82

Примечание. Характеристики двухпоточных тарелок даны только для диаметров D > 3000 мм

Из исходных данных рассматриваемого примера имеем отношение

Gп = 18000 = 0,72 < 2 . Gж 25000

Следовательно, при определении величины hсл можно было бы не

учитывать относительный унос жидкости паром. Однако для большей

наглядности примера рассмотрим расчет hсл с учетом уноса жидкости.

Для того чтобы найти величину У , необходимо знать высоту пены на тарелке hпн, , включающему, в свою очередь, величину hсл и высоту hпор.

Величину hсл рассчитаем предварительно без учета уноса жидкости,

тогда


h	= 0,68(0,0087 /1,42)0,67 = 0,023м,
сл
где V		=	Gж	=	25000	= 0,0087	м3	/ с.
где V		=	3600ρж	=	3600 800	= 0,0087	м3	/ с.
	ж		3600ρж		3600 800

Для определения высоты сливного порога рассчитаем высоту прорезей в колпачках.

Примем колпачок с прямоугольными прорезями шириной b=4мм. Количество прорезей в одном колпачке zкп=26. Общее количество колпачков на тарелке m = 86 (см. табл. 7).

При этих данных получим

h	= 0,46 3	1,18	2	4,25	= 0,045м.

пр		26 86 0,004		800 −4,25

Принимаем по табл. 5 высоту прорези hпр=30 мм.

В этом случае пар будет проходить через нижнюю кромку колпачка. Для

обеспечения этого примем высоту установки колпачка hу=10 мм.

Глубина барботажа при абсолютном давлении (атмосферном) p = 98100 Па, составит

hг.б = 8000,7 981000,35 = 0,05м.

Найдем высоту сливного порога:

hпор = 0,05 −0,023 +0,03 +0,01 = 0,067м.

Высота пены, образующейся на тарелке, составит

h	=		0,23	(0,044 0,762 4,25 + 4,6 0,023 +0,067) = 0,25м;
			0,020,33
пн
величина относительного уноса жидкости-
У =		23 10−5			0,76	1,16
						= 0,079 < 0,1.
			0,02		0,4 −0,25

Следовательно, расстояние между тарелками выбрано правильно.

Действительную нагрузку сливного устройства по жидкости:

Vж.д = 0,0087 +18000 0,079 = 0,0092м3 / с. 3600 800

Действительная величина подпора жидкости над сливным порогом

0,092		23	= 0,0236м
hсл = 0,68	1,42		= 0,0236м
	1,42

мало отличается от ранее рассчитанной hсл=0,023 м.

Проверим работоспособность сливного устройства тарелки. Для этого

рассчитаем скорость жидкости в сливном устройстве:

wж.сл = 0,0092 / 0,334 = 0,0027м/ с,

где Fсл = 0,334 - площадь сливного устройства (см. табл. 7).

В соответствии с данными табл. 6 комплекс

k5 HT n2 = 0,225 0,40,8 = 0,108 .

Следовательно, условие соблюдается и захлебывания сливного

устройства не произойдет.

Скорость жидкости в зазоре между основанием тарелки и нижней кромкой сливного стакана:

ωж.з = 0,0092 /(1,42 0.06) = 0,108м/ с < 0,45м/ с.

Из приведенных расчетов следует, что выбранная однопоточная тарелка

обеспечит нормальную работу сливных устройств.

Сопротивление сухой тарелки:

∆pсух = 3,1	4,25 4,352	=125	Па,
	2

где скорость пара в паровых патрубках равна

ω	= Vп		=	1,18	= 4,35м/ с.
ω	= Vп		=		= 4,35м/ с.
0		F0	0,272
		F0	0,272
Коэффициент сопротивления для колпачка диаметром Dкл=100 мм
составит
ζ =1,73D −0,25 =1,73 0,1−0,25						= 3,1;
			кл
величина перепада уровня жидкости на тарелке -
				lж 0,00922			0,1 16 1,096 0,0092	2
∆h = 0,1	16						= 1,422 0,09363 9,81	= 0,01м.
∆h = 0,1	16	1,422 (0,07 +0,0236)3 9,81					= 1,422 0,09363 9,81	= 0,01м.

Здесь длина пути жидкости на тарелке принята по данным табл. 7:

lж =1,096м.

Сопротивление слоя жидкости на тарелке:

	+	0,03 + 0.01		9,81	= 550Па.
∆pж = 0,05	+	2	800	9,81	= 550Па.
		2

Общее сопротивление тарелки равно

∆p = ∆pсух + ∆pж =125 +550 = 675Па.

Для окончательного выбора колонны определим количество тарелок в

ней:

nηCT = 024,8 = 30.

Здесь величина к.п.д. тарелки η = 0,8 принята по данным рис. 7.1 при значении

ωp ρп = 0,76 4,25 =1,56.

Общая высота колонны

H = (30 −1) 0,4 +1 + 2,5 =15м.

Результаты расчета показали, что указанным в примере исходным данным отвечает ректификационная колонна диаметром 1,8 м, высотой 15 м с колпачковыми тарелками ТСК-Р.

8 РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПА

Методики распространяются на аппараты колонного типа по ГОСТ 2430580, ГОСТ 24306-80. Предлагаемые методы расчета на прочность [10] предназначены для колонных аппаратов, работающих под действием

внутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса и

изгибающих моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

Рис. 8.1. Расчетные сечения колонного аппарата

8.1РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯ

При расчете колонного аппарата устанавливаются следующие основные расчетные сечения:

•поперечные сечения корпуса колонны, переменные по толщине стенки и по

или диаметру (I-I, II-II,..., Z-Z по рис. 8.1); для аппаратов постоянного сечения (по диаметру и толщине стенки) - только в месте присоединения опорной обечайки;

•поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки к корпусу колонны (Z-Z);

•поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (X- X);

•поперечное сечение в месте присоединения опорного кольца (Y-Y).

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Учебники и учебные пособия