5.2.2. Необхідна кількість тарілок в колоні

Для визначення числа тарілок використовують різні методи: метод теоретичних тарілок [1…5], метод кінетичної кривої [2, 4] тощо.

За першим методом графічно визначається число сходинок, побудованих між робочими лініями і рівноважною кривою (розглянуто у розділі 5.1.5). Число сходинок відповідає числу теоретичних тарілок n_т. Далі визначають число дійсних тарілок:

n = n_т / η, (5.65)

де η – середній ккд тарілок.

Величина середнього к.к.д. тарілок η, який уводять для врахування реальних умов масообміну на тарілках, залежить від багатьох змінних величин (конструкції і розмірів тарілки, гідродинамічних факторів, фізико – хімічних властивостей пари й рідини). Значення η визначають за дослідними даними, більш частіше вони знаходяться в границях 0,3 – 0,8.

На тарілках з перехресним током пари й рідини із збільшенням довжини руху рідини по тарілці масообмін покращується, величина середнього η зростає.

За даними [3] на рис. 5.8 приведені значення середнього к.к.д. тарілок, отримані експериментально для промислових ректифікаційних колон порівняно невеликого діаметра. По осі абсцис на цьому графіку відкладені добутки відносної летючості компонентів α, які розділяються в колоні, на динамічний коефіцієнт в’язкості рідини живлення µ (в мПа٠с) при середній температурі в колоні. Коефіцієнт відносної летючості α = Р_А/Р_В (Р_А – тиск насиченої пари більш леткого, низько киплячого, компонента при середній температурі в колоні; Р_В – тиск насиченої пари високо киплячого компоненту при тій самій температурі).

Рис. 5.8. Діаграма для наближеного визначення

середнього к.к.д. тарілок

При визначенні середнього к.к.д. тарілок в колонах великого діаметра ( з довжиною шляху рідини ℓ > 0,9 м) рекомендують до значень, знайдених по діаграмі (рис. 5.8) додавати поправку Δ:

η_ℓ = η (1 + Δ). (5.66)

Значення поправки ∆ для сумішей з αµ = 0,1 – 1,0 приведені на рисунку 5.9.

Рис. 5.9. Залежність поправки ∆ від довжини шляху рідини на тарілці

За іншим методом – побудовою кінетичної кривої число дійсних тарілок знаходять графічним шляхом як число сходинок між робочими лініями і кінетичною кривою. Для побудови кінетичної кривої необхідні дані о ефективності тарілки, яка залежить від багатьох факторів і визначається за емпіричними рівняннями [4].

5.2.3. Висота тарілчастої ректифікаційної колони:

Н = (n – 1) h + Н_в + Н_н, (5.67)

де h – відстань між тарілками, м; Н_в, Н_н – відстань між верхньою тарілкою і кришкою колони і між нижньою тарілкою і днищем колони відповідно, м.

Значення Н_в й Н_н вибирають у відповідності з рекомендаціями [12]:

Діаметр колони, мм Н_в Н_н

400 – 1000 600 1500

1200 – 2200 1000 2000

2400 і більше 1400 2500

Відстань між тарілками стальних колонних апаратів слід вибирати з ряду: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200.

Відстань між тарілками складається з висоти барботажного шару (піни) h_n і висоти сепараційного простору h_c:

h = h_n + h_c (5.68)

Висоту сепараційного простору розраховують, виходячи з допустимого бризко виносу з тарілки, який приймають 0,1 кг рідини на 1 кг пари. В [9] рекомендовані розрахункові рівняння для визначення бризко виносу е (кг/кг) з тарілок різних конструкцій:

• для сітчастих тарілок

е = 0,000077 (73 / σ) (w / h_с)^3,2; (5.69)

• для ковпачкових тарілок

3600Е (5.70)

де w –швидкість пари, віднесена до робочої площі тарілки, м/с; Е – маса рідини, яка виноситься з 1 м² робочої площі січення колони (за відрахуванням переливного пристрою), кг/(м²٠с); µ_х – в мПа٠с; σ –поверхневий натяг рідини в мН/м (поверхневий натяг низько киплячого компонента при середній температурі в колонні).

Графічна залежність функції (5.70) приведена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Графік для визначення виносу на ковпачкових тарілках

Приймаючи допустимий бризко виніс 0,1 кг рідини на 1 кг пари, з рівнянь (5.69), (5.70) визначають висоту сепараційного простору для тої чи іншої тарілки.

Висота газорідинного шару може бути розрахована за рівнянням:

h_п = h₀/(1 – ε), (5.71)

де ε – газовміст барботажного шару.

Для барботажних тарілок газовміст розраховують за рівнянням [7]:

ε = , (5.72)

де Fr = w² / (gh₀).