Определение количества тарелок 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:

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.

Читайте также:  Какую лучше подключить тарелку

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

Под теоретической тарелкой понимается такая ступень контакта, на которой происходит изменение концентраций для данной фазы от рабочей до равновесной. Графическое определение числа теоретических тарелок может быть проведено на диаграмме равновесия (рис. 3.19).

Для этого проводится диагональ квадрата 0К и вертикальные линии, соответствующие составам Отмечаются точки а, b и с. Проводятся рабочие линии процесса ректификации для нижней и верхней частей колонны.

Определение числа теоретических тарелок производят проведением горизонтальных и вертикальных отрезков между кривой равновесия и рабочими линиями аb и . Начиная от точки а, проводят горизонталь 1 до пересечения с кривой равновесия, затем вертикаль до пересечения с рабочей линией, после чего проводят горизонталь 2 и т.д. До точки b отрезки 1, 2, 3 проводят от верхней рабочей линии; после точки b процесс идет уже в нижней части колонны и горизонтальные отрезки 4, 5, 6 проводят от нижней рабочей линии. Последнюю горизонталь 6 проводят так, чтобы она пересекала прямую xW Число полученных при построении ступеней или треугольников соответствует числу теоретически необходимых тарелок ректификационной колонны. Каждый горизонтальный участок ступени соответствует изменению концентрации флегмы на тарелке, а вертикальный – изменению концентрации паров над этой тарелкой.

Рис. 3.19. Определение теоретического числа тарелок

по диаграмме равновесия

Более простым способом, предложенным П.Д. Лебедевым, теоретическое число тарелок можно определить при помощи фазовой диаграммы, как это показано на рис. 3.20.

Для этой цели, как и в предыдущем случае, проводят прямые xD, xF, xW. Построение процесса начинают от точки А. Процесс в дефлегматоре при полной конденсации паров соответствует вертикальной линии АВ. Далее из точки В проводят горизонтальную линию ВС, которую делят на отрезки СD и DB так, чтобы отношение DB/CD было равно выбранному флегмовому числу R. Из точки D проводят вертикаль DE, соответствующую процессу ректификации (частичной конденсации пара) на данной тарелке, затем проводят горизонтальную линию ЕF, которую делят на два отрезка в прежних соотношениях, и т.д. Определение числа тарелок по фазовой диаграмме дает те же результаты, но оно более просто, так как не требует построения линий концентраций.

Как видно из рис. 3.20, число тарелок зависит только от флегмового числа R. Чем больше R, тем меньше число тарелок.

Полученное графическим методом число тарелок из-за несовершенства аналитического описания процессов тепло- и массообмена увеличивают в некоторых случаях в два раза. Опыты многих исследователей показывают, что КПД тарелки зависит от многих факторов и в первую очередь определяется: а) величиной поверхности контакта паровой и жидкой фаз; б) скоростью прохождения пара и жидкости через колонну; в) расстоянием между тарелками; г) высотой слоя жидкости на тарелке, через которую проходят пары; д) давлением в колонне; е) физико-химическими свойствами перегоняемой смеси и т.п.

Читайте также:  Звуки посадка летающей тарелки

Рис. 3.20. Определение теоретического числа тарелок

Зависимость между реальным и теоретическим числом тарелок определяется формулой

,

где – реальное и теоретическое число тарелок; – КПД тарелки. КПД также часто обозначают .

КПД тарелки изменяется в довольно широких пределах. В связи с этим А.Н. Плановским и А.Г. Касаткиным был предложен метод расчета реальных тарелок с помощью кинетической кривой.

Графическое определение числа реальных тарелок проводится в следующей последовательности. На диаграмме равновесия строятся рабочие линии процесса ректификации (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Определение числа реальных тарелок для процесса

ректификации по кинетической кривой на диаграмме равновесия

Весь диапазон изменения состава по низкокипящему компоненту делится на ряд интервалов. Вертикальные отрезки между рабочей линией и линией равновесия делятся пропорционально коэффициенту извлечения (рис. 3.21): . Находится величина отрезка ВС для каждого интервала:

.

От точки на кривой равновесия откладываются отрезки и проводится через точки и т.д. кинетическая кривая.

Между кинетической кривой и рабочими линиями концентрации для верхней и нижней части колонны строят ступени, общее число которых и определяет необходимое число реальных тарелок (без учета уноса жидкости с нижних тарелок на верхние тарелки). Этот метод позволяет определять также число реальных тарелок при переменном значении коэффициента массопередачи с учетом уноса.

Этот метод базируется на уравнениях массопередачи (по численным значениям объемных коэффициентов массопередачи).

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 9923 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Расчет числа тарелок в отгонной части колонны

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Одной из основных целей расчета ректификационной колонны является определение числа тарелок, необходимых для разделения данной смеси на ректификат состава yD и остаток состава xW , при принятых величинах флегмового и парового чисел и известной кривой равновесия фаз x — y (рисунки 9.1 и 9.2). .Теоретической тарелкой (теоретической ступенью контакта) называется такое контактное устройство, которое обеспечивает получение равновесных потоков фаз, покидающих контактную зону.

Расчет числа тарелок в концентрационной части колонны

Пусть требуется получить ректификат с составом yD. Рабочая линия BD верхней части колонны проходит через точку D с координатами x=y=yD . Пары ректификата yD были получены после прохождения паров, поднимающихся с верхней тарелки колонны, через парциальный конденсатор, где часть паров сконденсировалась, создав поток флегмы g . Состав этой жидкости xD* находится в равновесии с парами ректификата, и поэтому может быть найден при пересечении ординаты yD с кривой равновесия (точка 1). Абсцисса точки 1 равна xD*. Поступившая на верхнюю тарелку концентрационной части колонны, имеющую номер Nk , жидкость состава xD* будет контактировать с паром, поднимающимся с нижележащей тарелки. В результате образуются потоки паров состава и жидкости состава. Составы xD* и относятся к встречным потокам и поэтому будут связаны уравнением рабочей линии. На рисунке им соответствует точка 2. Ордината точки 2 определяет состав паров .

Составы и потоков, покидающих данную тарелку, находятся в равновесии, следовательно, на диаграмме x — y будут представлены точкой 3, абсцисса которой равна . Продолжая аналогичные рассуждения, определим точку 10. Построение ее завершается, когда состав жидкости x1, стекающий с нижней тарелки концентрационной части колонны, и состав паров ym . .поступающих из зоны питания, будут отвечать заданным. Нетрудно убедиться, что число ступеней между равновесной и рабочей линиями соответствует числу тарелок, в данном случае Nk= 5.

Читайте также:  Тарелки для праздника звездные войны

Следует отметить, что первая ступень изменения концентраций связана с наличием парциального конденсатора. В случае других способов отвода тепла эта ступень соответствует верхней тарелке колонны .

Р Рисунок 9.1 Определение числа тарелок в концентрационной части колонны

Расчет числа тарелок в отгонной части колонны

Число тарелок в отгонной части колонны определяют аналогичными построениями (рисунок 9.2) . Рабочая линия WC определяется положением точки, имеющей координаты x=y=xw . При подводе тепла QB в низ колонны образовавшиеся пары состава y w* будут находиться в равновесии с уходящим из колонны остатком состава Указанные составы будут определятся кривой равновесия (точка 1) . Ордината точки 1 равна y w*.

Пары состава y w* встречаются с жидкость состава x1 , стекающей с нижней тарелки, т.е. они отвечают уравнению рабочей линии (точка 2). Абсцисса точки 2 дает состав флегмы x1. Проводя соответствующие построения, получим ступенчатую линию W , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Координаты точки 8, лежащей на рабочей линии, определяют составы паров , поднимающихся с верхней тарелки отгонной части колонны, и жидкости xm, стекающей из зоны питания. В данном случае число тарелок No= 4.

Из приведенных графических построений можно заключить, что число тарелок в верхней и нижней частях колонны зависит соответственно от флегмового и парового числа, т.е. от положения рабочей линии. Увеличение флегмового и парового числа приближает рабочие линии к диагонали ОА, что связано с уменьшением числа тарелок. Наоборот, когда флегмовое и паровое числа уменьшается, рабочие линии приближаются к кривой равновесия и число тарелок увеличивается. При режиме полного орошения (т.е. отсутствии выхода дистиллята и остатка)

число тарелок минимальное. Таким образом, при сокращении нагрузки в колонне четкость разделения увеличивается. Чем меньше флегмовое число, тем больше производительность, тем четкость разделения меньше.

Также в исследовательской практике режим полного орошения используется для определения числа теоретических (равновесных) тарелок .

У С а

Рисунок 9.2 Определение числа тарелок в отгонной части колонны

Расчет зоны питания

Схема потоков в зоне питания (эвапораторе или питательной зоне) приведена на рисунке 9.3.

Материальный баланс процесса однократного испарения в зоне подачи сырья :

Первое уравнение подставим во второе и поделим на F

( 50 )

где доля отгона при вводе сырья в колонну

Определим крайние точки этой прямой

Точка А y=0

Точка В x=0

Прямая BA соответствует уравнению при данной доле отгона сырья. Составы паров и жидкости и при входе в колонну определяются на пересечении кривой равновесия и линии сырья (точка Н). Продлим точку Н до пересечения оперативных линий и нижней части колонн (точка а и точка в). Соединим точки ав , получим линию ав – оперативную линию зоны питания и составы встречных неравновесных потоков пара и жидкости и будут определятся линией ав. Таким образом, переход от концентрационной к отгонной части колонны осуществляется через одну точку h , находящуюся на линии ab.

На рисунке 9.3 приведено построение составов потоков, проходящих через зону питания, что обеспечивает правильный переход от верхней части колонны к нижней при определении числа тарелок.

Рисунок 9.3 Графическое определение числа теоретических тарелок на диаграмме x-y/

Источник

Поделиться с друзьями