7 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 G_д или линейной скорости _д по уравнениям:

;

где G – паровая нагрузка колонны в расчётном сечении, кг/с;

V – объёмный расход паров, проходящих через данное сечение ко- лонны, м³/с.

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

Приведенные температура и давление находятся по уравнениям:

;

где π – давление в системе, мм.рт.ст.

Т – температура системы, К

Р_кр – критическое давление, мм.рт.ст.

Т_кр – 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:

;

где - мольная концентрацияi-го компонента;

T_kp,i и P_kp,i - соответственно критическая температура и критическое давление компонента.

Значения T_кр,i и P_кр,i принимаем по данным [2, приложение 1. с. 25].

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

Расчет псевдокритических параметров приведен в таблице 11.

Таблица 11

№ комп.	yN-1,i	y'N-1,i	Ti,кр., K	pi,кр., мм.рт.ст.	y'N-1,i * Ti,кр., K	y'N-1,i * pi,кр., мм.рт.ст.
1	0,057472882	0,05840314	408	28000	23,8	1635
2	0,179415352	0,18174099	425	28857	77,2	5244
3	0,626616722	0,62385881	460,3	25696	287,2	16031
4	0,136454086	0,13595476	469,5	25604	63,8	3481
5	0,000001804	0,00000179	497,4	22876	0,0	0
6	0,000000030	0,00000003	507,3	22891	0,0	0
7	0,000000000	0,00000000	540,1	20528	0,0	0
∑	0,999960875	0,99995951			452,1	26391

В результате расчета получено:

 псевдокритическая температура Т_пс.кр = 452,1 К

 псевдокритическое давление Р_пс.кр =26391 мм.рт.ст.

Давление в системе _н = 6199 мм.рт.ст.

Температура низа колонны Т_н = 130,988+5+273=408,988 ^OC

Находим приведенные температуру и давление по следующим формулам:

Таким образом, объемный расход паров равен:

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

Плотность паров под верхней тарелкой:

Для пересчета величин ρ₄²⁰ и ρ₁₅¹⁵ можно воспользовался приближенной формулой:

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

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

т. е. плотность жидкости _ж=572,35 кг/м³

Допустимую линейную скорость паров в колонне определяем по уравнению:

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

Расстояние между тарелками H_m обычно изменяется в пределах от 0,3 до 0,9 м, а для колонн диаметром 1 м и более при монтаже тарелок через люки Н_Т не менее 0,45.

Примем расстояние между тарелками Н_Т = 0,45м, тогда коэффициент С_max = 850.

Диаметр колонны равен:

Полученный по приведенным уравнениям диаметр колонны округляют до ближайшего стандартного (ГОСТ 9617-76) принимаем D_k = 500 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:

где g_1’ – количество жидкости стекающей с нижней тарелки колонны, кг/ч

τ – запас времени, ч.

Высота жидкости в нижней части колонны:

Расстояние от уровня жидкости до нижней тарелки принимаем равным 1м, тогда высота нижней части колонны равна Н_н = 1,00000003 м.

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

Высота питательной зоны колонны зависит от конструкции узла ввода сырья, примем эту высоту равной Н_э = 1,5 м.

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

Высота концентрационной части равна:

Высота отгонной части равна:

Полезная высота колонны равна:

Н_пол=26,35 м

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

Н = Н_пол + 3 = 29,35 м.

При расчете диаметра штуцеров массовые расходы 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, м/с:

на приеме насоса и в самотечных трубопроводах…………………….0,2-0,6

на выкиде насоса ………………………………………………………. 1 – 2

Скорость парового потока, м/с:

в шлемовых трубах и из кипятильника в колонну

(при атмосферном давлении) ………………………………………….10-30

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

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

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

Скорость парожидкостного потока сырья 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 = 15000 кг/ч ρ_ж = 536,69 кг/м³ ω = 0,5 м/с

Принимаем штуцер ввода сырья D = 200 мм.

Штуцер для вывода паров ректификата:

G = D + g_хол =34666,93 кг/ч

ρ_п = 20,57 кг/м³ ω = 25 м/с

Принимаем штуцер ввода паров D = 100 мм.

Штуцер для вывода жидкости в кипятильник:

g₁₌59894,80кг/ч

ρ_ж = 533,55 кг/м³ ω = 1м/с

Принимаем штуцер вывода жидкости в кипятильник D = 150 мм.

Штуцер для ввода паров из кипятильника:

G_W = 47798,47 кг/ч ρ_п = 22,98 кг/м³ ω = 25м/с

Принимаем штуцер для ввода паров из кипятильника D = 200 мм.

Результаты расчетов сведены в таблицу 12.

Таблица 12

Потоки	Ri, кг/ч	wi, м/с	ρi, кг/м^3	di, м	Dy, мм
Ввод сырья	15000	0,5	536,697	0,14064036	200
Вывод паров ректификата	2903,666464	25	20,5786	0,044689899	125
Орошение	42790,45361	1	526,7069	0,169551979	125
Вывод жидкости в кипятильник	59894,80855	1	533,5567	0,199305021	150
Ввод паров из кипятильника	47798,47501	25	22,98704	0,171557401	400