Расчет испарительной секции колонны

Материальный баланс испарительной секции ректификационной колонны К-3 представлен в таблице 5

Таблица 5 - Материальный баланс испарительной секции

Наименование потока	G, кг/ч	% масс от смеси
Приход:
Рафинатный раствор	43940,0	100
а) рафинат	37367,2	85
б) N-MП	6572,9	15
Итого:	43940,0	100
Расход:
1. Жидкая фаза	37806,6	86
а) рафинат	37367,2	85
б) N-MП	439,4	1
2. Паровая фаза	6133,5	14
N-MП	6133,5	14
Итого:	43940,0	100

Давление в колонне поддерживается на уровне 0,13 - 0,16 МПа [11]

Принимаем давление P = 0,15 МПа.

Т_верха = 210 ⁰С;

Т_{ввода раф р-ра} = 295 ⁰С;

Т_низа = 260 ⁰С

Для предотвращения уноса рафината с парами растворителя и более четкого отделения N-метилпирролидона от рафината испарительная секция оборудована клапанными тарелками – 6-7 штук [11]. Принимаем 7 тарелок.

Составляем тепловой баланс колонны с целью определения количества растворителя, поступающего на орошение.

1. Определяем тепловую нагрузку прихода:

(13)

(14)

Энтальпию рафината находим по формуле Крэга:

кДж/кг

кДж/ч

кДж/ч

Энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

Тогда: кДж/ч.

2. Определяем тепловую нагрузку расхода:

(15)

В паровой фазе:

кДж/ч (16)

энтальпию N-метилпирролидона берем из справочника [5]

В жидкой фазе:

(17)

(18)

кДж/кг

кДж/ч

кДж/ч

кДж/ч

Тогда: кДж/ч

3. Найдем тепло орошения по формуле:

кДж/ч (19)

4. Количество орошения:

кг/ч (20)

Все данные по тепловому балансу заносим в таблицу 5.

Определим основные размеры испарительной секции колонны.

5. Определение диаметра испарительной секции.

Рассчитаем количество паров, проходящих через наиболее нагруженное сечении колонны (сечение над верхней тарелкой) [8]:
Таблица 6 - Тепловой баланс испарительной секции

Наименование потоков	G, кг/ч	Т, 0С	q, кДж/кг	Q, кДж/ч·106
Приход:
Рафинатный раствор	43940,0	295
а) рафинат	37367,2	295	680,2	25,42
б) N-МП	6572,9	295	747,6	4,91
Итого:	43940,0			30,33
Расход:
1. Жидкая фаза	37806,6	260		22,30
а) рафинат	37367,2	260	589,2	22,02
б) N-МП	439,4	260	635,0	0,28
2.Паровая фаза	6133,5	210
N-МП	6133,5	210	993,0	6,09
Итого:	43940,0			28,39
Острое орошение
N-МП	4419,8	180	440,0	1,94

,где (21)

t – температура, ⁰С;

Р – давление, МПа;

G – расход компонента, кг/ч;

M – молекулярная масса компонента.

Молекулярную массу рафинатного раствора находим по правилу аддитивности:

(22)
Тогда:

м³/с.
Определим допустимую линейную скорость паров [8]:

, (23)

К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и условий ректификации;

и - абсолютная плотность паров и жидкости соответственно.

Коэффициент К определяется в зависимости от расстояния между тарелками, типа тарелки и некоторых условий работы колонны. Согласно литературным данным [8], чаще всего расстояние между тарелками лежит в пределах 0,5 – 0,7 м.

Принимаем а = 0,6 м.

Коэффициент К определяем по графику зависимости Кота [8]:

К = 800

Определим плотность жидкости [9]:

(24)

- поправка на изменение плотности при изменении температуры на один градус [9].

Определим плотность паров:

кг/м³ (25)

Тогда по (1.28): м/с.

Диаметр испарительной секции колонны находим по формуле:

м. (26)

Из стандартного ряда принимаем диаметр D = 3,2 м.

6. Определим рабочую высоту испарительной секции колонны:

,где (27)

h₁ – высота от верхнего днища до первой ректификационной тарелки;

h₂ – высота эвапарационной зоны;

h₃ – высота слоя жидкости внизу секции.

м. (28)

м,где (29)

n – число тарелок;

h_t – расстояние между тарелками.

Высоту h₃ принимаем равной 2 м [8].

Тогда: H_исп = 1,6+3,6+2 = 7,2 м.