Расчет колонны выделения фракции 120-128 (стр. 3 из 4)

Для данной колонны выбираются клапанные прямоточные тарелки. Клапанные тарелки являются барботажными. Главными конструктивными элементами клапанных тарелок являются перфорированное основание тарелки и клапаны, в нерабочем состоянии перекрывающие отверстия в основании тарелки, а под действием потока пара поднимающиеся на некоторую высоту, которая определяется их массой или ограничителями подъема.

Клапанные тарелки, благодаря регулируемому сечению, обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне нагрузок. К их достоинствам относятся также почти полное отсутствие «провала» жидкости на нижележащую тарелку и малый унос жидкости паром, поднимающимся не вертикально, а наклонно к плоскости тарелки.

Примем расстояние между клапанными тарелками для верха колонны Н=800мм, высоту сливной перегородки h_с=50мм, ориентировочную величину динамического подпора жидкости над сливной перегородкой Δhd=50мм.

Расчет скорости паров в точке захлебывания.

Линейная скорость паров в точке «переброса» жидкости рассчитывается по уравнению:

где σ – поверхностное натяжение на границе пар – жидкость при рабочих условиях;

- плотность пара, кг/м³.

где Tkr – псевдокритическая температура, К,

ρl – плотность жидкости при средней температуре укрепляющей секции колонны (84.5 ºС)

ρl = (0.772 – 0.000515*143.3)*1000 = 698.201 кг/м³

Tkr = 204.6 + 273

Тогда поверхностное натяжение равно дин/см

Плотность пара при температуре укрепляющей части колонны

ρv = 7.665 кг/м³

Тогда скорость паров в точке захлебывания

= 1.34 м/с

Расчет рабочей площади тарелки.

Объемная нагрузка по пару в верхнем сечении колонны:

где Gmas – массовая нагрузка по парам в данном сечении колонны.

V = 302327.4/(3600×7.665) = 10.956 м³/с.

Рабочая площадь тарелки рассчитывается по уравнению:

Sp = 1.269/(0.9 × 1.722) = 0.819 м²

Расчет допустимой скорости жидкости в сливном устройстве.

Допустимая скорость жидкости в сливном устройстве:

Для случая малого пенообразования const = +300 мм, тогда

Wdop = (H + const) × 10^-3/5 = (800+300) × 10^-3/5= 0.22 м/с.

Расчет площади сливных устройств.

Площадь сливных устройств:

где Q – объемная нагрузка по жидкости в произвольном сечении укрепляющей секции колонны.

Lmas – массовая нагрузка по жидкости в данном сечении колонны.

Q = 251686.3/3600 × 698.201 = 0.1 м³/с.

Ssl = 0.1 /(0.9 × 0.22) = 0.506 м²

Диаметр и основные геометрические размеры согласно ГОСТ.

На основании проведенных расчетов выбираем следующие параметры клапанной однопоточной колонны:

Диаметр колонны Dk = 5000 мм

Длина пути жидкости на тарелке Lt = 1.455 м

Площадь поперечного сечения колонны Sk = 19.625 м²

Периметр слива В = 6.44 м

Площадь прохода паров S0 = 2.98 м²

Рабочая площадь тарелки Sp = 14.32 м²

Площадь сливных устройств Ssl = 2.48 м²

Зазор между сливом и приемной перегородкой b = 0.06 м

Зазор под сливным стаканом а = 0.08 м

10.2. Отгонная часть колонны

Предварительный расчет диаметра колонны для отгонной части колонны практически аналогичен расчету для укрепляющей части. Расчет скорости паров в точке захлебывания. Линейная скорость паров в точке «переброса» жидкости рассчитывается по уравнению:

ρl = (d₂₀ – 0.000515 ×t)×1000 = (0.783 – 0.000515×194.5)×1000=702.833 кг/м³

Поверхностное натяжение равно

σ = 9.562 дин/см

Плотность пара при температуре отгонной секции колонны:

ρv = 9.308 кг/м³

Тогда скорость паров в точке захлебывания:

= 1.232 м/с.

Расчет рабочей площади тарелки.

Объемная нагрузка по пару в верхнем сечении колонны:

где Gmas – массовая нагрузка по парам в данном сечении колонны.

V = 410100.3/(3600×9.308) = 12.238 м³/с.

Рабочая площадь тарелки рассчитывается по уравнению:

Sp = 11.04 м²

Расчет допустимой скорости жидкости в сливном устройстве.

Допустимая скорость жидкости в сливном устройстве:

Для случая малого пенообразования const = +300 мм, тогда

Wdop = (H + const) × 10^-3/5 = 0.22 м/с.

Расчет площади сливных устройств.

Площадь сливных устройств:

где Q – объемная нагрузка по жидкости в произвольном сечении укрепляющей секции колонны.

Lmas – массовая нагрузка по жидкости в данном сечении колонны.

Q = 573939.2/3600 × 702.833= 0.227 м³/с.

Ssl = 0.227/(0.9 × 0.22) = 1.146 м²

Диаметр и основные геометрические размеры согласно ГОСТ.

На основании проведенных расчетов выбираем следующие параметры клапанной однопоточной колонны:

Диаметр колонны Dk = 5000 мм

Длина пути жидкости на тарелке Lt = 1.45 м

Площадь поперечного сечения колонны Sk = 19.625 м²

Периметр слива В = 6.44 м

Площадь прохода паров S0 = 2.98 м²

Рабочая площадь тарелки Sp = 14.32м²

Площадь сливных устройств Ssl = 2.48 м²

Зазор между сливом и приемной перегородкой b = 0.06 м

Зазор под сливным стаканом а = 0.08 м

Проверочный гидравлический расчет выбранной тарелки

Укрепляющая часть колонны.

1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.

Удельная нагрузка по жидкости:

Lv = Q × 3600/B = 0.1×3600/6.44 = 55.975 м²/ч

Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:

Δhd = 2.84× Lv^2/3 = 2.84×55.975 ^2/3 = 42 мм

Минимально допустимая величина для клапанных тарелок Δhd ≥13 мм. Условие выполняется.

2. Определение величины уноса жидкости парами.

Отношение объемного расхода паров к рабочей площади тарелки:

Wp = V/Sp = 0.765 м/с

Высота пены на тарелках:

Zf = 342 м

Условие Zf < Н выполняется.

3. Расчет удельного уноса жидкости:

е0 = (1.72×(83.3× Wp/(Н – Zf))^1.38)/σ = (1.72 ×(83.3×0.765/(800 – 342)^1.38)/8.976 = 0.013

4. Расчетный объемный расход жидкости с учетом уноса:

Qp = (Q + е0× Gmas/ (ρl×3600))×3600 = 365.934 м³/ч

5. Проверка на захлебывание сливного устройства.

Отношение скорости жидкости в сливе к площади слива:

Wl = Qp / (3600× Ssl) =365.934/(3600×2.48) = 0.041 м/с

Условие Wl ≤ Wdop выполняется.

Отношение скорости жидкости под сливным стаканом к поперечному сечению зазора:

Wc = Qp/(B×a×3600) =365.934/(6.44×0.08×3600)= 0.197 м/с

Условие Wc < 0.45 выполняется.

6. Проверка на захлебывание тарелки.

Удельная нагрузка по жидкости и динамический подпор жидкости с учетом уноса:

Lv = Qp/B =56.822 м²/ч

Δhd = 2.84× Lv^2/3 = 42 мм

Скорость паров в точке переброса:

= 1.368 м/с

Объемная нагрузка по пару в точке переброса:

Vper =

× Sp = 1.368*14.32 = 19.588 м³/с

Условие V=10.956< Vper выполняется.

Проверка на отсутствие провала жидкости.

Скорость паров в режиме провала для клапанных тарелок:

W0pr =(0.00253× Lv+0.16)√(ρl/ρv)= 3.185 м/с

Объемный расход паров на нижней границе эффективной работы тарелки:

Vpr = W0pr×Sp = 9.492 м/с

Условие Vpr < V выполняется

Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:

Vmin = 0.15×S0√(ρl/ρv) = 4.243м³/с

Условие Vmin< V выполняется.

Отгонная часть колонны.

Для низа колонны проверочный расчет проводится аналогично верхней части колонны.

1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования.

Удельная нагрузка по жидкости:

Lv = Q × 3600/B =126.803 м²/ч

Динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:

Δhd = 2.84× Lv^2/3 = 2.84×126.803 ^2/3 = 72 мм

Минимально допустимая величина для клапанных тарелок Δhd ≥13 мм. Условие выполняется.

2. Определение величины уноса жидкости парами.

Отношение объемного расхода паров к рабочей площади тарелки:

Wp = V/Sp = 0.855м/с

Высота пены на тарелках:

Zf = 502мм

Условие Zf < Н выполняется.

3. Расчет удельного уноса жикости:

е0 = (1.72×(83.3× Wp/(Н – Zf))^1.38)/σ = (1.72 ×(83.3×0.855/(800 – 502)^1.38)/9.562 = 0.025

4. Расчетный объемный расход жидкости с учетом уноса:

Qp = (Q + е0× Gmas/ (ρl×3600))×3600 = 831.155 м³/ч

5. Проверка на захлебывание сливного устройства.

Отношение скорости жидкости в сливе к площади слива:

Wl = Qp / (3600× Ssl) =831.155 /(3600×2.48) = 0.093м/с

Условие Wl ≤ Wdop выполняется.

Отношение скорости жидкости под сливным стаканом к поперечному сечению зазора:

Wc = Qp/(B×a×3600) =831.155/(6.44×0.08×3600)= 0.488 м/с