книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий
..pdf
|
Рекомендации |
для |
определения скорости пара в других |
типах колонн даны |
|||||
в работе [95]. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Надежная работа барботажных колонн может |
быть обеспечена при определен |
|||||||
ной |
скорости пара Wy, которая вычисляется |
по формуле |
|
|
|||||
где |
а — коэффициент, |
равный 1 для колпачковых тарелок и 0,67 для ситчатых |
|||||||
тарелок; / — высота прорези в колпачках или высота жидкости на тарелках |
(для |
||||||||
ситчатых тарелок), м; |
£т — коэффициент сопротивления: для |
колпачковых |
таре |
||||||
лок |
равен |
4,5—5; |
для |
ситчатых тарелок с <рт=0,07—0,1 составляет 1,8, с |
<рт = |
||||
=0,15—0,2 |
равен |
1,4 |
(<рт — свободное |
сечение |
тарелки); |
для провальных — |
|||
1,4—1,5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость пара в свободном сечении колонны |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
«V - |
Ч>Т |
• |
|
|
|
где фт= 0,07—0,2. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В колоннах с колпачковыми и снтчатыми тарелками wv можно определить |
||||||||
приближенно по эмпирической формуле |
|
|
|
|
|
||||
w„ = ApJm,
где Л, т — коэффициенты, зависящие от расстояния между тарелками:
А, мм |
135 |
150 |
200 |
300 |
400 |
500 |
А |
0,54 |
0,62 |
0,82 |
1 ,0 2 |
1 , 1 0 |
1,14 |
т |
0,425 |
0,490 |
0,545 |
0,490 |
0,470 |
0,465 |
Высота колонны зависит от скорости процесса массопередачи и может быть определена несколькими способами.
Высота барботажных колонн зависит от числа тарелок пд и расстояния меж
ду тарелками h: |
|
Нк=ПцН. |
(9.8) |
Минимальное расстояние между тарелками в ректификационной колонне определяется из условия, чтобы гидростатическое давление столба жидкости в переливной трубе было несколько больше гидравлического сопротивления та релки. Такое соотношение перепадов обеспечивает нормальную работу гидравли ческого затвора, образуемого на тарелке переливной трубой. Поэтому расстоя ние между тарелками h должно отвечать неравенству
Л > 0 ,1 8 4 - 10 - 4 - ^ - о ,
9x8
где Ар — сопротивление тарелки, Па; р* — плотность жидкости, кг/м3.
Во избежание уноса жидкости в виде брызг расстояние между тарелками следует брать тем больше, чем выше скорость пара или газа в свободном сечении колонны. Следует, однако, иметь в виду, что с увеличением межтарелочного рас стояния увеличиваются высота и, следовательно, стоимость всей колонны. Обыч но значение h принимают в пределах 0,1 —0,6 м.
Для насадочных колонн в формуле |
(9.8) h — высота насадки, вычисленная |
по соотношению (9.7); высоту колонны можно определить из выражения |
|
Нц—ПтИа, |
|
где Лэ — эквивалентная высота одной |
теоретической тарелки (см. табл. 9.10 |
и формулу (9.7)). |
|
212
Рх — Ру
'1= с\ / '
Ру
Принимаят для ситчатых тарелок межтарелочное расстояние Л=300 мм и с= =0,032 [5], получим
|
= |
п « n n l / |
- |
8 0 0 - 2 ,7 7 |
■= 0,54 |
м/с. |
|
||||
|
0,032 у |
|
2,77 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объемный расход проходящего через колонну пара |
при средней |
температуре |
|||||||||
, |
88 + 103 |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в колонне f„ |
= -------------—96 С составляет |
|
|
|
|
|
|||||
ер |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Од (Л + 1) 22,4Гср |
|
|
5110 (1,78 + 1) 22,4 • 369 |
м3/с, |
||||||
Vy |
M DTQ • |
3600 |
|
|
78,5 |
• 273 • 3600 |
= 1,52 |
||||
|
|
|
|
||||||||
где MD— мольная масса дистиллята: |
|
|
|
|
|
|
|||||
MD = 0 ,9 6 5 |
|
• 78 + 0,035 • 9 2 = |
7,85 • 10“ |
2 |
кг/моль. |
|
|||||
Диаметр колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т / - |
У |
|
|
|
1,52 |
|
|
|
||
|
V |
|
0,785га |
|
“ |
V 0,785 • 0,54 |
~ |
1> 8 9 1 |
|
||
Принимаем ближайший стандартный диаметр колонны £>=1800 мм. |
Тогда ско |
||||||||||
рость пара в колонне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vy |
|
|
1,52 |
|
|
|
|
|
|
ЮУ= |
0,785£>2 |
= |
0,785 • |
1,82 = 0 ,6 |
м/с* |
|
||||
3.Выполняем гидравлический расчет тарелок.
= 4 |
Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр |
отверстий d0— |
|||||||
мм, высота сливной перегородки Лп=40 |
мм. Свободное сечение тарелки 8 %. |
||||||||
Площадь, занимаемая двумя |
сегментными |
переливными |
стаканами, |
составляет |
|||||
20 % общей площади тарелки. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Определяем гидравлическое сопротивление тарелки. |
|
|
|
|
|
|||
|
В укрепляющей части колонны: |
|
|
|
|
|
|
||
|
АРх = 1 - |
1,82 • 7,52 • 2,71 |
|
|
|
|
|
||
|
|
- = 1 3 8 Па, |
|
|
|
||||
где £ — коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых |
тарелок; |
для тарелок |
|||||||
со свободным сечением 7— 10% |
£ = 1 ,8 2 ; |
скорость пара |
в |
отверстиях |
тарелки |
||||
|
АРа |
4а |
Г4 • 2 0 ,5 ■10 ~ з |
|
|
|
|
|
|
|
do |
0,004 |
= 20,5 Па, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
а= 2 0 ,5 '1 0 - 3 Н/м — поверхностное натяжение жидкости |
при |
средней |
темпе |
|||||
ратуре в верхней части колонны 88 °С [13]; |
|
|
|
|
|
|
|||
Арг= 1,3#Лрх(/!п+ДЛ);
здесь высота слоя над перегородкой Дh (см. рис. 9.28) определяется по форму ле (9.9).
218
Общее гидравлическое сопротивление тарелки |
|
||
(2Др)" = 144 + |
18,8 + 369 = |
532 Па. |
|
Проверяем, соблюдается ли при расстоянии между тарелками Л=0,3 м |
|||
необходимое для нормальной работы тарелок условие |
|||
Л > |
1,8 |
Ар |
|
|
|
РхВ |
|
Для тарелок нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивле |
|||
ние Др больше, чем у тарелок верхней части, |
|
||
1 , 8 (2 Ар)" |
1,8 • 532 |
|
|
9x8 |
|
0 , 1 2 2 м. |
|
800 ♦9,81 |
|
||
Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается. |
рассчитываем минимальную |
||
Для проверки равномерности работы |
тарелок |
||
скорость пара в отверстиях tei0min, достаточную для того, чтобы ситчатая тарелка работала всеми отверстиями:
w0min = 0,67 |
бРх^пж |
= 0,67 |
- 800 • 0,0725 |
= 7,05 м/с. |
tPy |
,82 • 2,82 |
Найденная скорость o>0min меньше w0=7,5 м/с, следовательно, тарелки будут ра ботать всеми отверстиями.
4.Определяем число тарелок и высоту колонны.
Наносим на диаграмму у — х рабочие линии верхней и нижней частей колонны (рис. 9.29) и находим число ступеней изменения концентрации я*. В верхней части
колонны пт— 7, в |
нижней части |
п" — 8 (всего |
15 ступеней). |
Для определения действительного числа тарелок определяем КПД тарелок. |
|||
Для этого находим |
коэффициент |
относительной |
летучести разделяемых компо |
нентов а=ро1рт и коэффициент динамической вязкости исходной смеси при сред ней температуре в колонне 96 °С. При этой температуре давление насыщенного пара бензола р в = 160 кПа, толуола рт= 65,7 кПа [13], откуда а=2,45.
Коэффициент динамической вязкости бензола при 96 °С равен 0,27 • 10- 3 Па • с,
толуола 0,29-10~3 П а-с [13]. Принимаем коэффициент динамической |
вязкости |
исходной смеси р=0,28 • 10_3 Па • с. Тогда |
|
<хр=2,45 • 0,28 • 10-3=0,685 ■10“ 3 Па • с. |
|
Принимаем г)=0,53. Длина пути жидкости на тарелке (см. рис. 9.30) |
|
1 = Д -26 = (1 ,8 -2 - 0,289) = 1,22 м. |
|
По графику (см. рис. 9.30) находим значение поправки на длину |
пути б = |
=0,105. Средний КПД тарелок |
|
4 i= r i( l+ 6) =0,53(1+0,105) =0,59.
Для сравнения рассчитаем средний КПД тарелки rio по критериальной фор муле, полученной путем статистической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок:
|
T o = 0,068*J*1*5,n5, |
|
|||
где |
|
|
|
Wyhnpy |
|
|
Rey |
, |
fiy |
|
|
1 |
sCB |
x |
fij. |
s CDpx & x |
’ |
В |
Яеу гг |
' |
^ |
° |
* |
2 |
w e |
F* Px |
WyPxDx |
||
220