Ректификационная установка. Тарельчатая колонна

[3, с.351...361]; [4, с.237.,.244]

3.1.1. Составляют принципиальную технологическую схему ректификационной установки [3,4]. При разработке схемы следует стремиться к экономии энергии за счет использования теплоты отходящих потоков (кубового остатка, конденсата греющего пара).

На схему наносят значения параметров потоков (температуры, давления, концентрации, расходов).

3.1.2. Составляют материальный баланс колонны, рассчитывают массовые и молярные расходы исходной смеси, дистиллята, кубового остатка. Определяют средние молярные массы дистиллята, кубового остатка, исходной смеси [3]:

,

где	Мнк	-	молярная масса низкокипящего компонента;
	Мвк	-	молярная масса высококипящего компонента.

Составляют таблицу составов и расходов по форме 1:

Форма 1 – Составы и расходы потоков

Поток	Средняямолярнаямасса,кмоль/кг		Состав				Расход
			Молярныедоли		Массовыедоли		кмоль/с		кг/с
Исходная смесь	МF		xF		xF		GF
Дистиллят	MD		xD		xD		GD
Кубовый остаток	MW		xW		xW		GW

3.1.3. Для разделяемой смеси в справочной литературе [3] находят данные по равновесию в системе «жидкость - пар».

Строят диаграммы t-x, у и у-х [3,4] и наносят равновесные линии. Определяют величину y_F* - состав пара, равновесный составу исходной смеси x_F.

3.1.4.Определяют минимальное флегмовое число R_min [3,4].

3.1.5. Рассчитывают рабочее флегмовое число R:

.

3.1.6. Составляют уравнения рабочих линий для верхней и нижней частей ректификационной колонны и наносят их на диаграмму у-х.

3.1.7. Рассчитывают средние концентрации жидких фаз в верхней х'_ср и нижней х"_ср частях колонны:

Для рассчитанных составов определяют плотности жидких фаз в обеих частях колонны и среднюю плотность жидкости в колонне .

3.1.8. По уравнениям рабочих линий определяют средние концентрации пара в верхней у'_ср и нижней у"_ср частях колонны.

3.1.9. Средние температуры пара в верхней t'_ср и нижней t"_ср частях колонны определяют по диаграмме t-x,у. Рассчитывают среднюю температуру пара по колонне:

.

3.1.10.Определяют средние молярные массы М'_ср, М"_ср и плотности пара ,  в обеих частях колонны. Средняя плотность пара в колонне равна:

.

3.1.11. Определяют объемный расход проходящего через колонну пара V_n при средней температуре в колонне .

3.1.12. Вычисляют скорость пара в колонне и рассчитывают диаметр колонны. Полученное значение диаметра округляют до ближайшего стандартного значения [4]. Рассчитывают фактическую скорость пара в колонне:

3.1.13. Выбирают тип и исполнение тарелки, приводят ее техническую характеристику, рассчитывают скорость пара w ₀в прорезях колпачка или в отверстиях ситчатой тарелки и минимально допустимую скорость пара w _{0 min}.

Для ситчатых тарелок

,

где - свободное сечение тарелки.

Для колпачковых тарелок

где		-	площадь прорези одного колпачка (табл.5);
	п	-	число колпачков [4].

Таблица 5. Площадь прорезей одного колпачка

Диаметр колпачка dk, мм
	h =15 мм	h =20 мм	h =30 мм
60	1275	1840
80	1590	2300	-
100	2070	2990	-
150	-	4600	7950

Сравнивают значения w ₀и w _{0 min}. Если w ₀< w _{0 min}, уменьшают высоту прорези h или значение S_cв, или увеличивают скорость газа в колонне w_p, уменьшив диаметр до ближайшего меньшего значения по стандарту.

Приводят полную техническую характеристику тарелки [4].

3.1.14. Рассчитывают гидравлическое сопротивление барботажной тарелки для верхней и нижней частей колонны [3,4].

Проверяют правильность принятого расстояния между тарелками [4].

3.1.15. Определяют число тарелок в колонне. Для определения числа тарелок используют метод теоретических тарелок [1...3] или метод кинетической кривой [2,4].

По методу теоретических тарелок расчет выполняется графически. Число ступеней, построенных между рабочими линиями и равновесной кривой, соответствует числу теоретических тарелок п _т. Затем определяют число действительных тарелок:

где

-

средний КПД тарелок

Величина  определяется из графической зависимости ,

где		-	вязкость исходной смеси, мПа- с;
		-	относительная летучесть компонентов исходной смеси.

По методу кинетической кривой число действительных тарелок п находят графически по числу ступеней между рабочими линиями и кинетической кривой. Для построения кинетической кривой необходимы данные об эффективности тарелки, которая зависит от многих факторов и определяется по эмпирическим уравнениям [4].

3.1.16. Определяют высоту тарельчатой ректификационной колонны по формуле

где	h	-	расстояние между тарелками, м;
	Hв, Hн	-	расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

3.1.17. Составляют тепловой баланс ректификационной колонны. Определяют расход греющего пара, поступающего в куб-кипятильник, расход охлаждающей воды в дефлегматоре и в холодильниках дистиллята и кубового остатка, расход греющего пара в подогревателе исходной смеси. Расчет одного из теплообменников, указанного в задании, выполняют подробно, остальные теплообменные аппараты рассчитывают подробно.