4. Материальные потоки секции питания

При расчете секции питания необходимо показать, что количества проходящих через нее потоков удовлетворяют уравнениям материального баланса для укрепляющей и отгонной частей аппарата.

Материальные потоки секции питания колонны изображены схематически на рис. 7.

Рис. 7. Схема секции питания колонны

F_c – сырьевой поток; g_c – жидкий сырьевой поток; g_n – жидкий поток, стекающий с нижней тарелки укрепляющей части колонны; g_m – общий поток жидкости, стекающей с питающей тарелки; V_c – пары сырьевого потока; V₀ – пары, поднимающиеся с верхней тарелки отгонной части; V_m – общий паровой поток, уходящий с питающей тарелки; R – поток тяжелого остатка;

D – поток дистиллята

Количество парового орошения над верхней отгонной тарелкой рассчитывается по формуле (20):

V₀ = s ∙ R, (20)

где s – паровое число над верхней отгонной тарелкой.

Паровое число наверху (над верхней тарелкой) отгонной части [18] определяется из уравнения материального баланса секции питания (21):

(21)

Расчет проводится в такой последовательности:

- количество парового орошения наверху отгонной части по формуле (20):

V₀ = 0,110 ∙ 4006,43 = 439,03 [кмоль/ч]

- количество флегмы с нижней укрепляющей тарелки по формуле (22):

g_n = r ∙ D=0,39 ∙ 1244,83= 485,48 [кмоль/ч] (22)

- количество паров, поступающих под нижнюю тарелку укрепляющей части определим по формуле (23):

V_m = g_n + D=485,48 + 1244,83 = 1730,31[кмоль/ч] (23)

- количество паровой фазы сырья рассчитаем по формуле (24):

V_c = e’ ∙ F=0, 246 ∙ 5251, 26 = 1291, 28 [кмоль/ч] (24)

- количество жидкой фазы сырья посчитаем по формуле (25):

g_c = F ∙ (1 - e’) = 5251,26 ∙ (1 - 0,246) = 3959,98 [кмоль/ч] (25)

- количество флегмы, стекающей на верхнюю отгонную тарелку, определим по формуле (26):

g_m = g_n + g_c = 485,48 + 3959,98 = 4445,46[кмоль/ч] (26)

- количество паров, поднимающихся с верхней отгонной тарелки, рассчитаем по формуле (27):

V₀ = g_m – R = 4445, 46– 4006, 43 = 439, 03 [кмоль/ч] (27)

Для проверки вычисляется количество паров, поступающих в укрепляющую часть, воспользуемся формулой (28):

V_m = V₀ + V_С =439, 03 + 1291, 28 = 1730, 31 [кмоль/ч] (28)

5. Число тарелок в колонне

Минимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению Фенске – Андервуда [18], представленном в формуле (29):

, (29)

где индекс 1 относится к метану, 2 – к ацетилену.

Для определения числа теоретических тарелок в колонне используется уравнение [19]:

(30)

Откуда

= 1,82 ∙ 6,075= 11,056 ≈ 11 (31)

Соотношение числа теоретических тарелок Nr в укрепляющей и Ns – в отгонной частях колонны определяется по уравнению Керкбрайда [18]:

(32)

Подставляя значения, получим формулу (33) для определения соотношения теоретических тарелок в укрепляющей части колонны:

N_r = 0,72 ∙ N_s (33)

Число теоретических тарелок в колонне равно сумме теоретических тарелок в укрепляющей и в отгонной частях колонны, что соответствует формуле (34):

N = N_r + N_s = 11 (34)

Решение уравнений (33) и (33) дает: N_s = 6,4 и N_r = 4,6.

В соответствии с имеющимися рекомендациями [18] для данного типа колонны принимается клапанная тарелка.

Ввиду отсутствия надежного метода расчета среднего к.п.д. тарелки для колонн, разделяющих многокомпонентные смеси, этот параметр принимается η_ср = 65%.

Число рабочих тарелок в колонне рассчитывается по формуле (38):

N_p = N / η_ср (38)

- в укрепляющей части

N_rp = N_r / η_ср = 7

- в отгонной части

N_sp = N_sp / η_ср = 10

- всего в колонне

N_p= N_rp+ N_sp =17