Построение числа теоретических тарелок



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.

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)

Читайте также:  Столовая посуда только тарелки

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

Построение линий рабочих концентраций, графическое определение числа теоретических и действительных тарелок

Для определения числа теоретических тарелок надо располагать линией равновесия и знать закон изменения сопряженных концентраций и по высоте колонны. В диаграмме зависимость сопряженных концентраций представляет собой рабочую линию процесса. Можно выявить характерные точки, которые проходит рабочая линия для верхней части колонны. При , т.е. рабочая линия проходит через точку , находящуюся на диагонали диаграммы . Положение точки зависит только от состава ректификата и не зависит от величины потока флегмы.

Поэтому через точку рабочая линия проходит независимо от того, изменяется масса потока флегмы по высоте колонны.

Для определения координат второй точки принимается (рисунок 8).

,

,

.

Для определения координат третьей точки (точки ) рабочей линии

принимается .

,

,

.

Последовательность построения рабочих линий следующая:

— при х=yD находят точку D на диагонали квадрата;

— откладывают отрезок ув на оси ординат (точка В);

— соединяют две точки сплошной линией — эта рабочая линия концентрационной части колонны;

— при х=xw находят точку W на диагонали квадрата

— откладывают отрезок хс на оси ординат (точка C);

Читайте также:  Тарелка сувенирная настенная ссср

— соединяют две точки сплошной линией – эта рабочая линия отгонной части колонны (рисунок 8).

DB — рабочая линия концентрационной части, СW – рабочая линия
отгонной части

Рисунок 8 – Построение рабочих линий

Для теоретической тарелки составы по НКК пара, уходящего с тарелки, и жидкости, стекающей с нее находятся в равновесии. Поэтому число теоретических тарелок (ступеней процесса) графически получают путем проведения вертикальных и горизонтальных отрезков между рабочими линиями и линией равновесия. Вертикальные отрезки характеризуют изменения состава паровой фазы, а горизонтальные – жидкой фазы на теоретической тарелке (рисунок 9).

Рисунок 9 – Графическое определение числа теоретических
тарелок

По построенному графику определяем число теоретических тарелок в колонне:

— в концентрационной части

— в отгонной части

Затем делается расчет с помощью ЭВМ

Расчет фактического числа тарелок

Для определения реального числа тарелок необходимо принять КПД тарелок (0,5 – 0,9). Для концентрационной и отгонной секций колонны . Для секций колонны число реальных тарелок определяется по следующей формуле:

.

Для концентрационной части:

тарелок.

Для отгонной секции:

тарелок

Суммарное число реальных тарелок:

тарелок.

Определение скорости пара и расчет диаметра ректификационной колонны

При вводе в ректификационную колонну сырьевой парожидкостной смеси наиболее нагруженным по паровому потоку является сечение колонны под верхней тарелкой концентрационной части (рисунок 10). Следовательно, расчет диаметра колонны проводится по этому сечению.

Рисунок 10 — Сечение колонны под верхней тарелкой концентрационной части

Самая большая нагрузка на 2 тарелке.

Сечение и соответствующий диаметр колонны определяется по секундному объемному расходу паров в наиболее нагруженном сечении и допустимой скорости паров в свободном сечении последующим форму-

,

.

В первую очередь необходимо определить энтальпии пара и жидкости

при соответствующих температурах по формулам:

,

,

Далее определяется количество холодного и горячего орошения:

кг/ч,

кг/ч.

Массовый расход определяется по верхнему контуру колонны:

кг/ч.

Секундный объемный расход паров

м³/с.

Допускаемая скорость паров рассчитывается по формуле Саудерса-

, м/с

где С = 630 (при расстоянии между тарелками 400 мм) – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузке колонны по жидкости.

кг/м³,

кг/м³,

м.

По ГОСТ 9617-76 установлен ряд внутренних диаметров для сосудов и аппаратов. Для стальных аппаратов рекомендованы значения диаметров:

· от 400 до 1000 мм — через 100 мм,

· от 1200 до 4000 мм — через 200 мм,

· 2500 мм, 4500 мм, 5000 мм, 5600 мм, 6300 мм,

· от 7000 до 10000 мм — через 500 мм.

Расчет высоты колонны

Общая высота ректификационной колонны складывается из полезной высоты колонны и высоты опорной обечайки.

где zв, zн – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

Полезная высота определяется числом тарелок и выбором расстояния между тарелками, расположением люков для монтажа и ремонта тарелок, конструкцией узла ввода сырья, конденсатора и кипятильника.

В результате технологического расчета высота колонны определяется приближенно, в дальнейшем, на стадии конструктивной проработки, она уточняется.

Читайте также:  Тарелка для росписи холодное сердце

Расстояние между тарелками принимается: H = 0,2-0,6 м. Через каждые 4-5 тарелок по высоте колонны устанавливаются люки для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. Диаметр люка обычно составляет не менее 450 мм, а расстояние между тарелками в месте установки люка принимается не менее 600 мм. Межтарельчатое расстояние в местах установки люков можно принять Hл = 0,6 м.

Расстояние между верхним днищем колонны и ее верхней концентрационной тарелкой выбирают с учетом конструкции (наличие отбойников, распределителей жидкости и т.д.), оно равно примерно трем расстояниям между тарелками. Высота питательной зоны колонны определяется конструкцией узла ввода сырья и его фазовым состоянием.

Расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой отгонной секции может определяться с учетом необходимого запаса жидкости в случае прекращения поступления сырья в колонну.

Расстояние от уровня жидкости до нижней тарелки отгонной части колонны составляет обычно 1-2 м и выбирается таким, чтобы распределение поступающего из кипятильника пара по сечению колонны было равномерным. При этом большие расстояния соответствуют колоннам большего диаметра.

В тех случаях, когда нет необходимости создавать запас жидкости в колонне, расстояние от нижнего днища до нижней тарелки принимается из конструктивных соображений.

Обычно, расстояние между тарелками принимают в зависимости от диаметра ректификационной колонны (таблица 3).

Таблица 3 – Расстояние между тарелками

D, мм 800 800-1600 1600-2000 2000-2400 >2400
H, мм 200-350 350-400 400-500 500-600 600

Для колонны диаметром 1600 мм (согласно таблице 3) принимаем расстояние между тарелками Н = 400 мм.

Межтарельчатое расстояние в местах установки люков примем Hл = 0,6 м.

Полезную высоту колонны определим по формуле:

где nл – число люков в колонне.

Общую высоту ректификационной колонны определим по формуле:

где zв, zн – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м. Примем эти расстояния 1,6 м и 2 м соответственно. Н = 9+1,6+2 =12,6 м.

Вывод

Рассчитана ректификационная колонна с дискретным контактом фаз высотой м и диаметром мм, обеспечивающая заданную производительность т/ч и четкость разделения бинарной смеси, выраженной в мольной доле НКК в дистилляте .

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа.- Учебное пособие для вузов.- Уфа: Гилем, 2002.- 672с.

2. С. А. Ахметов, М. Х. Ишмияров, А. П. Веревкин и др. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие.- М.: Химия, 2005.- 736 с.

3. Айнштейн В. Г., Захаров М. К., Носов Г. А. Общий курс процессов и ап­паратов химической технологии.- М.: Логос, 2002.- 1760с.

4. Скобло А. И, Трегубова И. А, Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Химия, 2000.- 585с.

5. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки .- Учебное пособие .- Москва: Альфа-М, 2008.-717 с.

Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 745 ;

Источник

Поделиться с друзьями