Определение основных размеров колонны

Расчёт основных размеров колонны включает определение её диаметра, высоты, диаметров основных штуцеров.

Диаметр колонны определяется для наиболее нагруженного сечения с использованием допустимой массовой скорости паров Gg или линейной скорости wg по уравнениям:

Определение основных размеров колонны - student2.ru , (38) ; Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(39)

где Определение основных размеров колонны - student2.ru – диаметр колонны,м;

Определение основных размеров колонны - student2.ru – паровая нагрузка колонны в расчётном сечении, кг/ч;

Определение основных размеров колонны - student2.ru – объёмный расход паров, проходящих через данное сечение ко- лонны, м3/с;

Gg – допустимая массовая скорость паров, м/с;

wg – линейная скорость паров, м/с;

π – давление в системе, мм рт.ст.

При расчете объемного расчета паров для колонн, работающих при избыточном давлении, необходимо учитывать коэффициент сжимаемости z, который находят из зависимости от приведенных параметров Тпр и Рпр

Приведенные температура и давление находятся по уравнениям:

Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(41) ; Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(40)

где π – давление в системе, мм.рт.ст;

Т – температура системы, К;

Ркр – критическое давление, мм.рт.ст;

Ткр – критическая температура, К.

Для газовых смесей использование истинных критических параметров при

определении физических и тепловых характеристик смеси приводит к значительным отклонениям. Поэтому при расчете свойств газовых смесей используются исправленные критические параметры, которые принято называть псевдокритическими.

Для углеводородных газовых смесей псевдокритические параметры температуры и давления принято определять по правилу аддитивности через критические параметры и мольные концентрации отдельных компонентов смеси:

Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(41); Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(42)

где x`i - мольная концентрация i-го компонента;

Tkp,i и Pkp,i - соответственно критическая температура и критическое давление компонента.

Значения Tкр.i и Pкр.i принимаем по данным [2, приложение 1. с. 25].

Объемный расход паров рассчитываем для наиболее нагруженного сечения колонны по уравнению:

Определение основных размеров колонны - student2.ru (43)

Где Определение основных размеров колонны - student2.ru - объемный расход паров,м³/с;

Определение основных размеров колонны - student2.ru - количество паров под нижней тарелкой колонны,кг/ч;

Определение основных размеров колонны - student2.ru - температура на Определение основных размеров колонны - student2.ru -ной тарелке колонны, °C;

Определение основных размеров колонны - student2.ru - средняя молекулярная масса остатка;

Определение основных размеров колонны - student2.ru - давление на Определение основных размеров колонны - student2.ru -ной тарелке колонны,мм рт.ст;

Определение основных размеров колонны - student2.ru - коэффициент сжимаемости.

Расчет псевдокритических параметров приведен в таблице 18

Таблица 18

Компонент YNk-1,i Y'Nk-1,i Tкр.i Pкр.i , мм.рт.ст Y'Nk-1,i , Tiкр, К Y'Nk-1,i , piкр, мм.рт.ст
С2Н6 0.0003 0.0004 305.3000 36632.0000 0.1105 13.2608
С3Н8 0.8587 0.8639 369.8000 31920.0000 376.5438 32502.1040
и-С4Н10 0.0715 0.0685 407.9000 27360.0000 27.9453 1874.4381
С4Н10 0.0692 0.0669 425.0000 28500.0000 28.4439 1907.4146
и-С5Н12 0.0002 0.0002 469.6000 25004.0000 0.0728 3.8775
С5Н12 0.0001 0.0001 460.8000 25308.0000 0.0272 1.4939
С6Н14 0.0000 0.0000 507.7000 22724.0000 0.0001 0.0034
Сумма 1.0000 1.0000     433.1436 36302.5923

В результате расчета получено:

¾ псевдокритическая температура Тпс.кр = 433 К

¾ псевдокритическое давление Рпс.кр =36302,59 мм.рт.ст.

Давление в системе pн = 10565 мм.рт.ст.

Температура низа колонны Тн = 104+273=377 °С

Находим приведенные температуру и давление по следующим формулам:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Таким образом, объемный расход паров равен:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

По графику зависимости коэффициента сжимаемости от приведенных давления и температуры находим коэффициент сжимаемости z = 0,85.

Плотность паров:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Для пересчета величин ρ420 и ρ1515 можно воспользовался приближенной формулой:

Определение основных размеров колонны - student2.ru ,(44)

где a - температурная поправка, которая определили таблицам [2],:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Определение основных размеров колонны - student2.ru

С учётом температурной поправки [2, с.5] получаем плотность жидкости:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

т. е. плотность жидкости rж= 591,18 кг/м3

Допустимую линейную скорость паров в колонне определяем по уравнению:

Определение основных размеров колонны - student2.ru (45)

Величина коэффициента С зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости.

Расстояние между тарелками обычно изменяется в пределах от 0,2 до 0,8 м, а для колонн диаметром 1м и более при монтаже тарелок через люки НТ не менее 0,45.

Примем расстояние между тарелками НТ = 0,45м, тогда коэффициент С = 850.

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Диаметр колонны равен:

Определение основных размеров колонны - student2.ru м,

где V – объёмный расход паров, проходящих через данное сечение колонны, м3/с;

wg – линейная скорость паров, м/с;

Dk – диаметр колонны, м;

π – давление в системе, мм рт.ст.

Полученный по приведенным уравнениям диаметр колонны округляют до ближайшего стандартного (ГОСТ 9617-76) принимаем Dk = 2000 мм.

Расстояние между нижней тарелкой и нижним днищем определяют с учетом необходимого запаса жидкости в случае прекращения подачи сырья в колонну.

Объем жидкости определяется из соотношения:

Определение основных размеров колонны - student2.ru ,

где gN – количество жидкости стекающей с нижней тарелки колонны, кг/ч;

τ – запас времени, ч.

Высота жидкости в нижней части колонны:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Расстояние от уровня жидкости до нижней тарелки принимаем равным 1м, тогда высота нижней части колонны равна 1,000000003 м.

Высоту над верхней тарелкой концентрационной части колонны выбирают с учетом конструкции колонны (наличие отбойников, распределителей жидкости и т.д.), принимаем 3H, т.е. 1,35 м.

Высота питательной зоны колонны зависит от конструкции узла ввода сырья, примем эту высоту равной 1,3 м.

Через 4-5 тарелок по высоте колонны устанавливаются люки для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. Диаметр люков принимается не менее Dy = 450, а расстояние между тарелками в месте установки люка не менее 600 мм.

Высота концентрационной части равна:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Высота отгонной части равна:

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Полезная высота колонны равна:

Нпол=16,75 м

Примем высоту опоры равной 3 м, тогда общая высота колонны:

Н = Нпол + 3 = 19,75 м.

При расчете диаметра штуцеров массовые пара или жидкости пересчитываем на реальную производительность колонны, плотности потоков находим по приведенной выше методике, допустимую скорость движения потоков принимаем в зависимости от назначения штуцера и фазового состояния потока (в м/с):

скорость жидкости потока на приеме насоса и в самотечных трубопроводах…………………………………………………………… 0,2-0,6

на выкиде насоса ………………………………………………………… 1-2

скорость парового потока: в шлемовых трубах и из кипятильника в колонну (при атмосферном давлении) …………………………………………………… 10-30

в трубопроводах из отпарных секций……………………………….... 10-40

в шлемовых трубах вакуумных колонн …………………………………. 20-60

при подаче сырья в колонну ………………….…………………………... 30-50

скорость парожидкостного потока в колонну в пересчете на однофазный жидкостной поток …………………………….………………………….. 0,5-1,0

Диаметр штуцеров принимаем примерно равным внутреннему диаметру трубы. При этом если диаметр трубы будет принят несколько меньшим, производится проверочный расчет скорости потоков.

Штуцер ввода сырья:

F = 375000 кг/ч ρж = 564,282 кг/м3 ω = 0,4 м/с

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Принимаем штуцер ввода сырья D = 200 мм.

Штуцер для вывода паров ректификата:

G = D + gхол = 450101,9 кг/ч

ρп = 18,24 кг/м3 ; ω = 27 м/с

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Принимаем штуцер ввода паров D = 250 мм.

Штуцер для вывода жидкости в кипятильник:

g1=78750,91 кг/ч

ρж = 591.18 кг/м3 ω = 1,2 м/с

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Принимаем штуцер вывода жидкости в кипятильник D = 250 мм.

Штуцер для ввода паров из кипятильника:

GN = 73296,1 кг/ч ρп = 23,38 кг/м3 ω = 23 м/с

Определение основных размеров колонны - student2.ru

Принимаем штуцер для ввода паров из кипятильника D = 250 мм.

Результаты расчетов сведены в таблицу 19.

Таблица 19 - Результаты расчета штуцеров

Наши рекомендации