Диаметр колонны
Диаметр колонны рассчитывается по формуле (55):
, (55)
где Vсек – секундный объемный расход паров наверху колонны, м3/с;
ω - допустимая скорость паров в свободном поперечном сечении над верхней тарелкой колонны, м/с.
Объем паров наверху (над верхней укрепляющей тарелкой) колонны определяется по известной формуле (56):
, (56)
где z – коэффициент сжимаемости паров, определяемый по графику [22] в зависимости от приведенных температуры (Тпр.) и давления (Рпр.).
Знание состава паров (табл. 12) и критических констант компонентов (метан, ацетилен, водород, оксид углерода (II)) позволяет рассчитать критические константы для смеси по формулам (57) и (58):
(57)
=4,60
∙0,9538+6,14 ∙0,0008+1,30 ∙0,0439+
+3,50 ∙0,0014=4,45 [МПа] (58)
Приведенные параметры рассчитаем по формулам (59) и (60):
Тпр.=Т1 / Ткр.=139,6 / 183,68=0,76 (59)
Рпр.=π 1 / Ркр.=0,697 / 4,45=0,16 (60)
По графику находим коэффициент сжимаемости z (0,16; 0,76) = 0,91.
Подставляем рассчитанные значения в формулу (56) и определяем объем паров:
[
]
Максимально допустимая скорость паров в свободном сечении над верхней тарелкой колонны рассчитывается по формуле (61):
(61)
где С – коэффициент, определяемый из формулы (62):
С = 0,09 ∙ hт ∙ С’, (62)
где hт = 0,5 м – принятое расстояние между тарелками;
С’ – коэффициент, зависящий от поверхностного натяжения на границе «пар-жидкость» на верхней тарелке колонны, определяемый из графика [17].
Величина поверхностного натяжения определяется по формуле Этвиша (63):
(63)
где Mg1 – мольная масса орошения (табл. 12), стекающего с верхней тарелки, которая определяется по формуле (64), кг/кмоль:
Mg1 = 16,04∙0,9743+26,038∙0,0193+2∙0,0062+28,01∙0,0006=16,12 [кг/кмоль] (64)
ρж – плотность этого орошения при температуре t1 = -115,8 оС на верхней тарелке определяется по графику [22], кг/м3;
Ткр – критическая температура орошения, К.
Знание состава орошения (табл. 12) и критических температур его компонентов позволяет рассчитать критическую температуру орошения по формуле (65):
[K] (65)
Подстановка найденных величин в формулу (63) дает:
[H/м]
Отложив на оси абсцисс числовое значение σ = 4,87∙10-3 Н/м, найдем С’ = 0,8 [21].
Тогда, подставив в формулу (62), получим
С = 0,09 ∙ 0,5 ∙ 0,8 = 0,036
Плотность паров, уходящих с верхней тарелки, определим по формуле (66):
[
] (66)
Подставив полученные значения в формулу (61), определим, что максимально допустимая скорость паров наверху колонны составит:
[м
/ c]
Диаметр колонны в ее верхнем поперечном сечении определим по формуле (55):
[м]
В соответствии с нормальным рядом диаметров по ГОСТ 9617-61 принимается диаметр колонны D = 2,0 м.
Объем паров под нижней отгонной тарелкой рассчитывается по формуле (67):
(67)
где z – коэффициент сжимаемости паров при tR = -34,1оС и давлении πR = 0,757 МПа.
Критические параметры рассчитаем по формулам (68) и (69):
[K] (68)
[МПа]
(69)
Тогда приведенная температура и давление по формулам (59) и (60) составят:
Тпр.= ТR / Ткр. = 238,9 / 289,93 = 0,82
Рпр.= π R / Ркр. = 0,757 / 5,02 = 0,15
По графику [22] находим коэффициент сжимаемости z (0,15; 0,82) = 0,93.
Объем паров по формуле (67) равен:
[
]
Для определения максимально допустимой скорости паров под нижней отгонной тарелкой следует подготовить необходимые данные.
Поверхностное натяжение на границе «пар-жидкость» вычисляется по формуле Этвиша (70):
(70)
где ρж – плотность остатка при температуре tR = -34,1оС, кг/м3;
Ткр – критическая температура остатка, определяемая по формуле (71), К:
[K]
(71)
Средняя молекулярная масса остатка колонны определяется по формуле (72):
МR =
=33,06
[кг/кмоль]
(72)
Плотность остатка по графику равна ρж = 544 кг/м3.
Тогда по формуле (70) получим:
[H/м]
Из графика [21] найдем C’=0,8.
Следовательно, подставив в формулу (62), получим:
С = 0,09 ∙ 0,5 ∙ 0,8 = 0,036.
Плотность паров орошения на выходе из кипятильника:
[кг/м3] (73)
Тогда по формуле (64) максимально допустимая скорость составит:
[
]
Диаметр низа колонны по формуле (55) составляет:
[
]
В соответствии с нормальным рядом диаметров по ГОСТ 9617-61 принимается диаметр колонны D = 3,2 м.