При конструировании тарельчатых колонн следует учитывать гидравлическое сопротивление, в результате которого возникает значительная разность давлений у основания и вершины колонны. Перепад давлений будет тем больше, чем больше число тарелок в колонне и чем выше уровень жидкости на каждой тарелке. Основные сопротивления прохождения паров возникают на входе и на выходе из паровых патрубков и через прорези колпачков (местные сопротивления). Следует также учитывать потери на преодоление гидростатического давления столба жидкости на каждой тарелке. Обычно сопротивление колпачковой тарелки составляет 25–50 мм водного столба в условиях работы при атмосферном давлении и несколько ниже при работе под вакуумом.
Гидравлическое сопротивление тарелок:
(2.61)
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:
(2.62)
б) в нижней части колонны:
, где (2.63)
ζ – коэффициент сопротивления, числовое значение которого можно принимать равным от 1.1 до 2.0;
ω0 – скорость пара в отверстиях тарелки в .
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
, где (2.64)
σ – поверхностное натяжение в ;
d0 – диаметр отверстий тарелки в .
Объемный расход жидкости в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.65)
б) в нижней части колонны:
(2.66)
Высота слоя над сливной перегородкой в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.67)
б) в нижней части колонны:
, где (2.68)
Lc – периметр слива;
κ=ρпж/ρЖ – отношение парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимается равным 0.5
Высота парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.69)
б) в нижней части колонны:
, где (2.70)
hпер – высота переливного порога
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.71)
б) в нижней части колонны:
(2.72)
2.8. Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построением кинетических линий)
Эффективность тарелки по Мэрфи:
(2.73)
(2.74)
(2.75)
, где (2.76)
Ey – локальная эффективность по пару;
e – межтарельчатый унос жидкости;
θ – доля байпасирующей жидкости;
S – число ячеек полного перемешивания;
m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия;
λ=m(R+1)R – фактор массопередачи для укрепляющей части;
λ=m(R+1)/(R+f) – фактор массопередачи для исчерпывающей части.
Локальная эффективность по пару:
, где (2.77)
– число единиц переноса по паровой фазе на тарелке (2.78)
– скорость пара в рабочем сечении тарелки (2.79)
– рабочее сечение тарелки
– коэффициент массопередачи (2.80)
βxf, βyf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз
(2.81)
(2.82)
Критерий Фруда:
а) в верхней части колонны:
(2.83)
б) в нижней части колонны:
(2.84)
Паросодержание барботажного слоя:
а) в верхней части колонны:
(2.85)
б) в нижней части колонны:
(2.86)
Высота светлого слоя жидкости:
(2.87)
Удельный расход жидкости на 1м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.88)
б) в нижней части колонны:
, где (2.89)
b – ширина переливного порога
Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.90)
б) в нижней части колонны:
(2.91)
Коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=200C в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.92)
б) в нижней части колонны:
(2.93)
υБ, υТ – мольные объемы бензола и толуола, A=B=1 – коэффициенты.
Вязкость жидкости при t=200С в верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.94)
б) в нижней части колонны:
(2.95)
Температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.96)
б) в нижней части колонны:
(2.97)
Коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.98)
б) в нижней части колонны:
, где (2.99)
Р – давление в колонне
Плотность орошения для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.100)
б) в нижней части колонны:
, где (2.101)
S – число ячеек полного перемешивания. При Dст=1.8 м и b=0.289 м принимаем, что 1 ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l0=300–400 мм. Пусть l0=350 мм, тогда длина пути жидкости:
(2.102)
Расчетная часть
Разделяемая смесь: бензол–толуол (ХF=0.40). Нагрузка колонны по сырью – 10 т/час. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте (ХD=0.97), в кубовом остатке (ХW=0.029). Контактный элемент – тарелка.
Дата: 2019-11-01, просмотров: 238.