Определение числа тарелок ректификационной колонны

Определение числа тарелок и высоты колонны

Построим рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны (рис. 3) и находим число ступеней изменения концентрации nт. В верхней части колонны n’т 6, в нижней части n»т 8, всего 14 ступеней.

Рис. 3. Построение рабочих линий по диаграмме Y — X

Число тарелок: Для определения среднего к.п.д. тарелок ? находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов ? = Ртк и коэффициент динамической вязкости исходной смеси ? при средней температуре в колонне, равной 129,3 о С.

РТ = 1413 мм рт. ст.

Рк = 572,2 мм рт. ст.

?т = 0,218 мПа•с = 0,218•10 -3 Па•с

?к = 0,279 мПа•с = 0,279•10 -3 Па•с

Принимаем динамический коэффициент вязкости исходной смеси

Тогда: ? = 1413/572,2 = 2,48

Пусть КПД тарелок .

Пусть КПД тарелок .

Длина пути жидкости при равна что больше 0,9 м, следовательно, необходимо ввести поправку на длину пути .

Для сравнения рассчитывается средний КПД тарелки ?

в этой формуле безразмерные комплексы

в верхней части колонны:

в нижней части колонны:

Общее число тарелок n = 26, из них в верхней части 11 и в нижней части 15 тарелок.

Определение высоты колонны проводится по следующему уравнению:

здесь Нг=(Ng-1)Н — высота тарельчатой (рабочей) части колонны, м;

Zв — высота сепарационный части над верхней тарелкой, м

ZН-расстояние от нижней тарелки до днища колонны, м.

При диаметре колонны

Тогда общая высота колонны составит:

Рис. 4. Колпачковая тарелка с диаметральным переливом жидкости: 1-диск; 2-опорный лист; 3-приёмный порог; 4-колпачки; 5-переливной порог; 6-сменная гребёнка; 7-перегородка

Гидравлический расчет тарелок

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяется по формуле:

где и — полное гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей, Па.

Полное гидравлическое сопротивление тарелки складывается из трех частей:

где — гидравлическое сопротивление сухой тарелки;

— гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелке;

— гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения. Сопротивление за счет поверхностного натяжения жидкости Р для колпачковых тарелок незначительно и им допускается пренебречь.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитывается по формуле:

Читайте также:  Рисунки детей тарелка с фруктами

где — коэффициент сопротивления сухой тарелки, для колпачковых тарелок , примем ;

— средняя скорость движения паров в колонне, м/с;

— средняя плотность паров в колонне, кг/м?;

— доля свободного сечения тарелки, м?/м?.

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на тарелках различно для верхней и нижней частей колонны:

где — ускорение свободного падения, м/с 2 ;

— средняя плотность жидкости в колонне, кг/м?;

— высота светлого слоя жидкости на тарелке.

где — высота переливной перегородки, м;

— линейная плотность орошения, м?/м*с, равная ;

V — объемный расход жидкости, м?/с;

— скорость жидкости на тарелке, м/с;

— периметр слива, м.

Объемный расход жидкости:

В верху колонны:

Линейная плотность орошения:

В верху колонны:

Скорость жидкости на тарелке:

В верху колонны:

Тогда полное сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны равно:

Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками (выбирается при диаметре колонны свыше ), необходимое для нормальной работы тарелок условие.

Для тарелок нижней части, у которых гидравлическое сопротивление больше, чем у тарелок верхней части: — вышеуказанное условие соблюдается.

Основной целью гидравлического расчета является определение гидравлических сопротивлений, которые возникают в процессе прохождения пара через ректификационную колонну из куба через контактные устройства в дефлегматор. В целом общие потери напора для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимое повышение температуры кипения смеси в кубе колонны.

Источник

Определение числа тарелок ректификационных колонн.

Расчет воздухоразделительного аппарата двукратной ректификации.

Цель работы: определить число тарелок в колонне.

Количество перерабатываемого воздуха: Vн = 1600 нм 3 /ч,

Концентрация отбросного азота: YA = 99,5 % мол.,

Концентрация газообразного кислорода : YK = 0, 4% мол.,

Концентрация азотной флегмы: XD = 99 % мол.,

Концентрация кубовой жидкости: XR = 62 % мол.,

Давление на верху верхней колонны: ,

Сопротивление верхней колонны: ,

Сопротивление нижней колонны: ,

Уровень жидкого кислорода в конденсаторе: НК = 1,2 м,

Температурный напор в конденсаторе: ΔТКОНД. = 2,5 К,

Удельная величина теплопритоков извне через теплоизоляцию воздухоразделительного аппарата: .

Холодопотери в окружающую среду для всех аппаратов независимо от того, какие потоки проходят через аппарат , отнести к 1 м 3 перерабатываемого воздуха.

В дальнейшем расчеты отнесены к 1 м 3 воздуха при нормальных условиях. Эти условия соответствуют температуре 273,15 К и абсолютному давлению 0,1013 Мпа. Считается, что при нормальных условиях 1 кмоль идеального газа занимает объем 22,4 м 3 . Воздух и его компоненты в нормальных условиях с достаточной точностью подчиняются законам идеальных газов.

Читайте также:  Деревянные подставки под тарелки своими руками

Определение числа тарелок ректификационных колонн.

1.Определение давления в нижней колонне.

В технике разделения воздуха колонну высокого давления принято называть нижней колонной. В ней происходит предварительное разделение вводимого воздуха на азотную флегму с концентрацией XD = 98, 5 % мол. и кубовую жидкость с концентрацией XR = 59 % мол.

Давление над зеркалом испарения кислорода в конденсаторе-испарителе:

Среднее давление кипящего кислорода в межтрубном пространстве конденсатора:

Где = 1140 кг/м 3 – плотность жидкого кислорода.

По номограмме T-i-p-x – для смеси азот-кислород по давлению и концентрации : YK = 0, 4% мол. определяем температуру кипения кислорода ТК = 93,5 К.

Температура конденсирующегося азота:

Этой температуре при концентрации азота XD = 99% мол. соответствует давление, определяемое по диаграмме для смеси азот-кислород .

Давление внизу нижней колонны:

.

2.Материальный баланс воздухоразделительного аппарата.

Обозначив В,А,К,R и D количество соответственно воздуха, отходящего азота, получаемого кислорода, кубовой жидкости и азотной флегмы, составим уравнение материального баланса:

— воздухоразделительного аппарата в целом

-нижней колонны в целом

Решая совместно балансовые уравнения, определим материальные потоки в колоннах.

Количество получаемого кислорода:

Где YB = 79,05 % мол. В = 1 нм 3 / нм 3 – концентрация и количество разделяемого воздуха.

Количество отходящего азота:

А = В – К = 1 – 0,206 = 0,794 нм 3 N2/ нм 3 п.в

Количество азотной флегмы:

Количество кубовой жидкости:

R = B – D = 1 – 0,46 = 0,54 нм 3 куб.ж/ нм 3 п.в

3.Тепловой баланс воздухоразделительного аппарата.

Составим тепловой баланс переохладителя флегмы и кубовой жидкости:

Где = 1,251 кг/нм 3 , = 1,32 кг/нм 3 , = 1,251 кг/нм 3 – плотности азотной флегмы, кубовой жидкости, азота при нормальных условиях

= 2,22 кДж/кг∙К , = 2,022 кДж/кг∙К, = 1,05 кДж/кг∙К – теплоемкости жидкой азотной флегмы, кубовой жидкости, отбросного газообразного азота.

= 7,4 К , = 7 К – переохлаждение азотной флегмы, кубовой жидкости.

= 0,157 кДж/ нм 3 , = 0,157 кДж/ нм 3 – потери холода в переохладителе азотной флегмы, кубовой жидкости.

Где = 1,43 кг/нм 3 – плотности кислорода при нормальных условиях.

Где = 1,7 кДж/кг∙К – теплоемкость жидкого кислорода.

Найдем энтальпию отбросного азота на выходе из переохладителя:

= — энтальпия азота на выходе из верхней колонны.

Из баланса энергии всего воздухоразделительного аппарата находим энтальпию воздуха на выходе в нижнюю колонну.

Читайте также:  Дулевский фарфор тарелки кленовый лист

Составим баланс энергии нижней колонны:

Отсюда тепловая нагрузка конденсатора:

Где = 3 кДж/ нм 3 – потери холода в нижней колонне.

Величину , определенную из баланса энергии нижней колонны, проверяем по балансу энергии верхней колонны т.е колонны низкого давления:

Где = 2,8 кДж/ нм 3 – потери холода в верхней колонне.

Величина из баланса энергии верхней колонны:

Расхождение величин составляет 0,2% , что не превышает разрешенный диапазон.

4.Определение координат полюса нижней колонны.

В нижней колонне по всей ее высоте от сечения, где вводится воздух, до сечения вывода азотной флегмы, отсутствует ввод и вывод массы и теплоты. Следовательно, в этой колонне имеется только 1 полюс. Выбираем между тарелками произвольное сечение 1-1. Обозначив количество проходящей через это сечение жидкости g1 , а количество поднимающегося пара G1. Составим уравнение материального баланса, баланс по нижекипящему компоненту и тепловой баланс для части колонны выше сечения 1-1.

Так как и , то пользуясь приведенными зависимостями получим:

5.Определение полюсов отгонной секции верхней колонны.

Колонна низкого давления состоит из двух частей: отгонной (ниже ввода кубовой жидкости) и концентрационной (выше ввода кубовой жидкости), отличающихся между собой количествами участвующих в ректификации пара и жидкости. В связи с этим в данном случае необходимо определить координаты 2 полюсов, отдельно для отгонной и концентрационной секции.

Ниже ввода кубовой жидкости выбираем произвольное сечение II-II . Количество пара и жидкости, проходящее через это сечение, обозначим соответственно G2 и g2.Составим материальный баланс по нижекипящему компоненту и баланс энергии колонны ниже сечения II-II.

Так как и и используя выше полученные зависимости, получим:

6.Определение полюсов концентрационной секции верхней колонны.

Выбирая между тарелками произвольное сечение III-III выше ввода кубовой жидкости. Количество пара и жидкости, проходящего через это сечение, обозначим соответственно G3 и g3. После составления балансовых уравнений для части колонны выше сечения III-III.

Вычислим координаты полюс:

7.Определение количества тарелок.

Количеств теоретических тарелок подсчитывается по количеству изотерм .

Для нижней колонны

Количество теоретических тарелок

Количество действительных тарелок

Для верхней колонны

Количество теоретических тарелок

Количество действительных тарелок

Вывод:изучили строение воздухоразделительного аппарата, построили графики , исходя из которых, по количеству изотерм, определили количество тарелок.

Источник

Поделиться с друзьями