6 Контрольная работа №4

6.1 Расчет геометрических размеров ректификационной колонны

6.1.1 Расчет диаметра колонны

Диаметр колонны определяется по выражению

(6.1)

где – объемный расход паров в наиболее нагруженном сечении колонны, м³/с;

G – массовый расход паров в том же сечении, кг/с;

W, – соответственно линейная (м/с) и массовая ( ) допустимые скорости паров в рассчитываемом сечении колонны.

Массовый расход паров в верхнем сечении колонны рассчитывается по уравнению материального баланса для данного сечения

, кг/ч. (6.2)

Для нижнего сечения колонны массовый расход пара

, кг/ч. (6.3)

Дальнейший расчет ведется по большему из полученных значений расхода паров.

Объемный расход паров определяется по выражению

, (6.4)

где М – мольная масса смеси, кг/кмоль;

Т, - соответственно температура (К) и давление (МПа) в рассчитываемом сечении колонны;

, - температура ( = 273 К) и давление ( = 0,1 МПа) при нормальных условиях;

z – коэффициент сжимаемости. При 0,5 МПа Z = 1.

Допустимые линейная и массовая скорость паров в колонне определяется по выражениям

; (6.5)

; (6.6)

где С – коэффициент, величина которого зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости (см. рисунок 6.1);

– плотность пара и жидкости соответственно, кг/м³.

1 – при Н/м; 2 – при Н/м

Рисунок 6.1 – Значение коэффициента С при различных величинах поверхностного натяжения

Плотность паровой фазы при данной температуре Т рассчитывается по уравнению

. (6.7)

Плотность жидкости при температуре Т определяется по формуле

, (6.8)

где – произвольная начальная температура (обычно 273 или 293 К);

– плотность смеси при температуре , зависящая от плотности индивидуальных компонентов и определяемая по выражению

, (6.9)

для бинарной системы

; (6.10)

а – средняя температурная поправка плотности на один градус в пределах температур от до Т, значения которой приведены в приложении таблицы 5 (здесь плотность в г/см³),

(6.11)

Полученное по уравнению (6.1) значение диаметра колонны округляется в соответствии с существующими нормами (ГОСТ 9617-61).

Стандартом предусмотрены следующие диаметры колонных аппаратов

от 1000 до 4000 мм – через каждые 200 мм, т.е. 1200, 1400, 1600 и т.д.;

от 4000 – через каждые 500 мм.

6.1.2. Определение высоты колонны

Рабочая высота колонны (рисунок 6.2) рассчитывается по выражению

, (6.12)

где – число теоретических тарелок в концентрационной и отгонной секциях, найденное по диаграмме с учетом теплообменных аппаратов, применяемых для отвода и подвода тепла;

– эффективность (к.п.д.) тарелки; рекомендуемые значения приведены по таблице 9 приложения;

h – расстояние между тарелками; h = 0,3 … 0,7 м (D < 0,8 м, h = 250-300 мм, D < 6 м, h = 450-600 мм, D > 6 м., h = 600-700 мм);

– расстояние между верхним днищем и верхней тарелкой; = 1,0…1,3 м;

– расстояние между тарелками в эвапарационном пространстве (высота зоны питания); = 1,0 … 1,5 м;

– расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой; = 1,0…1,5 м.

Рисунок 6.2 – Схема для расчета рабочей высоты колонны

6.2 Расчет штуцеров

Расчет штуцеров ректификационной колонны (для ввода сырья А, вывода дистиллята Б и остатка В, ввода жидкого Г и парового Е орошения) проводится по выражению

, (6.13)

где – объемный расход потока в соответствующем штуцере, м³/с;

– допустимая линейная скорость движения потока, м/с. Зависит от агрегатного состояния потоков (пар, жидкость) и способа перемещения (движение самотеком, подача насосом и т.д.). Значения скоростей даны в таблице 6 приложения.

Объемный расход потока определяется по выражению

, (6.14)

где G – массовый расход потока пара или жидкости, проходящий через рассчитываемый штуцер, кг/с;

– плотность потока, определяемая по уравнениям (6.7) или (6.8).

Полученное значение диаметра штуцера округляется, если необходимо, согласно существующим нормалям. Предусмотрен следующий ряд условных диаметров штуцеров: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450 …, мм.