Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

Скорость паров в колоннах может быть повышена при увеличении расстояния между тарелками или применении специальных устройств в виде отбойников, позволяющие уменьшить сепарационный объем между тарелками.

При больших скоростях происходит увеличение потоком пара жидкости с нижележащих тарелок на тарелки, лежащие выше, т.е. механический унос жидкости, и слияние отдельных пузырьков пара в струю, и в результате этого уменьшается поверхность контакта фаз и длительность контакта.

Расчет рабочей скорости пара в верхней и нижней частях колонны по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.54)

б) в нижней части колонны:

(2.55)

где С – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.

Рис. 2.19. Значения коэффициента С: А, Б – колпачковые тарелки с круглыми колпачками;В – ситчатые тарелки.

Диаметр колонны определяется по уравнению:

а) в верхней части колонны:

(2.56)

б) в нижней части колонны:

(2.57)

Скорость пара в колонне при стандартном диаметре:

а) в верхней части колонны:

(2.58)

б) в нижней части колонны:

(2.59)

Средняя скорость пара рассчитывается по формуле:

(2.60)

2.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

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: