5. Определение оптимального числа тарелок, оптимального флегмового числа и диаметра колоны.

Определяем число укрепляющей и исчерпывающей частей колоны по уравнению Керкбрайда:

N₁ – число укрепляющей части колоны;

N₂ – число исчерпывающей части колоны;

i – индекс тяжелого ключевого компонента;

k – индекс легкого ключевого компонента.

Определяем оптимальное число тарелок по уравнению:

Оптимальное флегмовое число:

Рассчитываем плотность паров каждой узкой фракции по закону Менделеева-Клапейрона, учитывая коэффициент сжимаемости:

 - плотность, кг/м³;

P – среднее давление в колонне, Па;

M – молекулярная масса, кг/моль;

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К;

T – средняя температура в колонне, K;

z – коэффициент (фактор) сжимаемости газа.

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Коэффициент сжимаемости рассчитывается в зависимости от приведенных параметров:

Для соединений, нормальная температура которых не превышает 235К, использует выражение для расчета критической температуры:

Для соединений с более высокими нормальными температурами кипения:

Критическое давление (Па) рассчитываем по уравнению Льюиса:

К – константа , для прямой перегонки нефти принимаем 6,3.

Плотность газовой смеси вычисляем, используя правило аддитивности:

_см - плотность смеси газов, кг/м³;

_i - плотность i-го компонента, кг/м³;

y_i – мольная доля i-го компонента в смеси (дистилляте).

Рассчитываем плотность жидких нефтяных фракций при средней температуре в колоне по уравнению:

_T – плотность нефтепродукта при температуре T, кг/м³;

– относительная плотность нефтепродукта;

T – средняя температура в колонне, К.

_{КП ФЮРА.360000.000.ПЗ}

Коэффициент γ рассчитываем по формуле:

Плотность жидкой смеси фракций определяем по уравнению:

Поверхностное натяжение флегмы определяем в зависимости от плотности жидкости при средней температуре в колонне по уравнению :

Объемный расход пара находим из массового расхода и плотности пара:

Массовый расход пара рассчитываем исходя из массовой доли отгона, которую определяем из соотношения:

ε_m – массовая доля отгона;

M_F – средняя мольная масса сырья;

M_G – средняя мольная масса пара.

Средние молярные массы потоков находим по правилу аддитивности:

Определяем массовый расход пара:

Р

_{КП ФЮРА.360000.000.ПЗ}

ассчитываем допустимую скорость пара в свободном сечении колоны:

_ж – плотность жидкости, кг/м³;

_п – плотность пара, кг/м³;

Задаемся межтарельчатым расстоянием h = 400 мм;

Коэффициент С1находим из графика и принимаем равным 750.

Рисунок 1– Зависимость коэффициента С1 от межтарельчатого расстояния

Определяем внутренний диаметр ректификационной колоны:

D_k – внутренний диаметр колонны, м;

V₀ – объемный расход пара в колонне, м³/с;

w₀ – допустимая скорость пара, м/с.

Высоту тарельчатой части колоны определяем по уравнению:

где N – число тарелок;

h

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

– расстояние между тарелками, мм;

s – толщина тарелки, принимаем равную 20 мм.

Это высота тарелочной части колонны, которая равна 13,88 м , нужно еще учесть высоту вверху и внизу колонны, по метру. То есть полная высота колонны равна 15,88 м.

Колонна имеет эллиптические днища, ограничивающие ее цилиндрическую часть сверху и снизу. Длина цилиндрической обечайки от верхнего днища до первой тарелки колонны должна составлять не менее 500мм, т.к. в этой части обечайки необходимо разместить штуцеры для ввода флегмы и термометра, измеряющего температуру в верхней части колонны. Кроме того, в этой части колонны должно быть размещено распределительное устройство для создания равномерного потока орошения.

Результаты расчета приведены ниже в приложении 3 и таблицы 2 и 3.

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

23

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Приложение 3. Расчет конструкционных параметров колонны

N min	19.06
N opt	33.11
N1/N2	0.1886
R min	1,07
R opt	1,79

Таблица 2. Расчета оптимального числа тарелок, флегмового числа

Таблица 3. Характеристики и конструкционные размеры колонны (нумерация сверху вниз)

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Таблица 4. Материальный баланс ректификационной колонны

кмоль/час			кг/час
Fмольн	Dмольн	Wмольн		Fмасс	Dмасс	Wмасс
92,70785	85,57055	7,137297		8500	6636,092	1863,908

Табл. 5. Характеристика тарелок различных конструкций

Тарелка	Относи-тельная паровая нагрузка (Gn/Lж)	К.п.д. тарелки, %	Рабочий диапазон (Gmax/Gmin)	Сопротив-ление тарелки, мм. вод. ст.	Возможное расстояние между тарелками, мм	Мас-са, кг/м2
Колпачковая	1	80	4 - 5	45 - 80	400 - 800	105
туннельная (желобчатая)	0,7 - 0,8	65	3 - 4	50 - 85	400 - 600	110
из S-образных элементов	1.1 -1.2	85	4 - 5	45 - 80	400 - 800	55
клапанная	1,2 – 1,3	80	5 - 8	45 - 60	300 - 600	55
ситчатая	1,2 – 1,3	80	4 - 5	40 - 60	400 - 800	35
струйная	1,0 – 1,35	80	3 – 4,5	40 - 70	400 - 600	65
решетчатая провальная	1,5 – 2,0	70	1,5 – 2,5	25 - 40	200 - 400	40

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

КП ФЮРА.360000.000.ПЗ

Колонна имеет эллиптические днища, ограничивающие ее цилиндрическую

часть сверху и снизу. Длина цилиндрической обечайки от верхнего днища до

первой тарелки колонны должна составлять не менее 500мм, т.к. в этой части

обечайки необходимо разместить штуцеры для ввода флегмы и термометра,

измеряющего температуру в верхней части колонны. Кроме того, в этой части

колонны должно быть размещено распределительное устройство для создания

равномерного потока орошения.