1.2.5. Определение основных конструктивных размеров ректификационной колонны

Основными конструктивными размерами колонны является ее диаметр D_к и высота H (рис. 1.5). Эти величины взаимосвязаны, так как обе зависят от скорости пара в свободном сечении колонны.

Рис. 1.5. Ректификационная колонна с капсульными колпачками

Перед определением расчетного диаметра колонны D_к находятся следующие величины: объемный расход пара v_п, молярные доли жидкости в верхней и нижней части колонны , плотности жидкости в верхней и нижней части колонны , средняя плотность жидкости в колонне , объемные расходы жидкостей в верхней и нижней частях колонны.

Принимается значение расстояния между тарелками H_т (рис. 1.6). По значению H_т и средней плотности пара в колонне по графической зависимости определяется предельно допустимая скорость пара в колонне. Рабочую скорость пара W_р обычно принимают в пределах 0,8–0,9 от W_пр.

Из уравнения неразрывности определяется сечение колонны S_к и затем расчетный диаметр колонны D_к. На основании расчетного D_к из табл. 3.10 [11] выбирается стандартный диаметр колонны D_к, а по нему из табл. 3.11 [11] принимается ряд конструктивных характеристик: стандартная площадь поперечного сечения колонны, диаметр колпачка, число колпачков, длина линии барботажа, длина сливного борта и др. На рис. 1.6 показана схема колонны с колпачковыми тарелками.

Рис. 1.6. Схема колонны с колпачковыми тарелками:

h_пр – высота слива (высота приемной перегородки); h_пр – высота слоя жидкости над приемной перегородкой; h_к – высота колпачка; h_св – высота слоя светлой жидкости; h_пер – высота перелива;  – высота слоя вспененной жидкости над переливом; H_т – расстояние между тарелками; H_пер – высота слоя вспененной жидкости в переливном устройстве; H_пн – высота слоя пены на тарелке; h_прор – высота прорези; L₁, L₂ и L₃ – открытые прорези

На рис. 1.7 показана тарелка с капсюльными колпачками. Расчетным путем находятся следующие конструктивные размеры и параметры: активная высота колонны, действительная скорость пара в свободном сечении колонны, основные геометрические характеристики колпачковой тарелки и ее элементов, скорость пара в прорезях колпачка.

Рис. 6.7. Тарелки колонных аппаратов

6.2.6. Расчет гидравлического сопротивления колонны

Величина гидравлического сопротивления колонны влияет на технологический режим работы аппарата.

При расчете колонн определяют гидравлическое сопротивление аппарата, для того чтобы выбрать оптимальные скорости газовых потоков, обеспечивающих эффективный массообмен. По гидравлическому сопротивлению колонны подбирают насосы и тягодутьевые установки для подачи газов и жидкостей, обеспечивающих скорость движения фаз.

Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн зависит от конструкции тарелки, но независимо от типа тарелки оно складывается из следующих величин:

, Па,

(1.12)

где P – общее сопротивление тарелки;

P₁ – сопротивление сухой тарелки;

P₂ – сопротивление столба жидкости на тарелке;

P₃ – сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения на жидкости. Методика расчета слагаемых в уравнении (1.12) изложена в [11].