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);
- 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-
лам:
,
.
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-
Брауна:
, 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,
Диаметр колонны:
|
|
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.
Н = Нп + zв + zн
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.
Нп = (n-1)·Н+(nл-1)·Нл
В результате технологического расчета высота колонны определяется приближенно, в дальнейшем, на стадии конструктивной проработки, она уточняется.
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 |
Например:
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:
Нп = (n-nл -1)·Н+(nл-1)·Нл,
Нп = (23-4-1)·0,4 + (4-1)·0,6 = 9 (м)
где nл – число люков в колонне.
Общую высоту ректификационной колонны определим по формуле:
Н = Нп + zв + zн,
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: 1898; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!