Rektifikaciya KP Sitchatye tarelki (5)

Федеральное агентство по образованию
_________________________
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(Технический университет)
____________________________________________________________________
Кафедра процессов и аппаратов
А.И. Волжинский, А.В. Марков
РЕКТИФИКАЦИЯ:
КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ С СИТЧАТЫМИ ТАРЕЛКАМИ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2006
УДК 66.048.37
Волжинский А.И., Марков А.В. Ректификация: колонные аппараты с
ситчатыми тарелками [Текст]: учебное пособие. – СПб., СПб ГТИ (ТУ), 2006. –
34 с.
В учебном пособии приведена методика гидравлического и
кинетического расчета ректификационной колонны с ситчатыми тарелками.
Рассмотрены случаи постоянных и переменных нагрузок по пару и жидкости.
Приведены сведения о конструкции и размерах основных элементов ситчатой
тарелки.
Учебное пособие предназначено для студентов третьего курса химикотехнологических специальностей, выполняющих курсовой проект по процессам
и аппаратам, и соответствует рабочей программе по дисциплине “Процессы и
аппараты химической технологии”.
Ил. 2, табл.8, библиогр. 18 назв.
Рецензенты: 1. Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия, С.П. Налимов, д–р техн. наук, профессор
2. Н.А. Марцулевич, д–р техн. наук, профессор, зав. кафедрой
теоретических основ химического машиностроения СПб ГТИ
Утверждено на заседании учебно-методической комиссии
общеинженерного отделения 27.10.2006.
Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ (ТУ)
ВВЕДЕНИЕ
Барботажные колонны тарельчатого типа выполняются обычно в виде
колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной
конструкции тарелки, на каждой из которых осуществляется одна ступень
контакта. В рассматриваемых колоннах происходит противоточное движение
фаз: пар поступает снизу, жидкость подводится сверху. На каждой тарелке в
зависимости от ее конструкции может осуществляться: прямоток, противоток,
перекрестный ток фаз при различной степени перемешивания жидкости от
полного смешения до полного вытеснения [1 – 3]. Классификация тарелок
приведена в работах [4 – 6], конструкции тарелок – в работе [7].
Тарельчатые колонные аппараты применяют при температурах от минус
40°С до 200°С, атмосферном и избыточном давлении до 2,5 МПа, а также под
вакуумом при остаточном давлении не ниже 665 Па [8].
Проектирование тарельчатых колонн ведут в два этапа. На первом этапе
выполняют гидравлический расчет тарелок, на втором этапе рассчитывают
эффективность работы тарелок и определяют общее число тарелок, высоту и
гидравлическое сопротивление колонны.
Предлагаемое пособие предназначено для углубленного изучения
конструкции и методики расчета ректификационных колонн с ситчатыми
тарелками и рекомендуется использовать при курсовом проектировании по
дисциплине “Процессы и аппараты химической технологии”.
1 КОНСТРУКЦИИ СИТЧАТЫХ ТАРЕЛОК
Ситчатые тарелки изготавливают по ОСТ 26 – 01 – 108 – 85 [9].
Тарелка состоит из барботажной части, собранной из секций, уложенных
на опорную раму и балку (для колонн диаметром 2,2…4,0 м), и переливного
устройства. Секции изготавливают из перфорированного листа с отверстиями
диаметром 5 или 8 мм. Тарелки с отверстиями диаметром 5 мм используют для
разделения жидкостей без механических примесей и прочих загрязнений, а
также при коррозионной активности разделяемой смеси. Тарелки с отверстиями
диаметром 8 мм используют для разделения загрязненных некоррозионных и
слабокоррозионных сред. Применение ситчатых тарелок для рабочих сред,
вызывающих инкрустацию или полимеризацию, не допускается.
Пар, проходя через отверстия, удерживает на тарелке жидкость, текущую
по тарелке от переливной перегородки до сливной (см. рисунок 1). С одной
тарелки на другую жидкость перетекает по переливным устройствам, не
пропускающим пар. Поэтому ситчатые тарелки относятся к тарелкам с
перекрестным контактом фаз, при котором движение жидкости и пара
осуществляются перекрестным током.
Тарелки изготавливают для колонных аппаратов диаметром от 400 до
4000 мм в трех исполнениях.
3
D
D
4
5
h сп
hс.п
3
2
1
3
4
I
LLс.пc п
6
60 Å
do
I
t
1 – корпус колонны, 2 – переливная перегородка, 3 – лист сливной,
4 – секция (полотно тарелки), 5 – сливная перегородка, 6 – рама опорная
Рисунок 1 – Тарелка ситчатая
(диаметром от 1000 до 2000 мм исполнения 3)
4
Тарелки исполнения 1 изготавливают для колонных аппаратов диаметром
400, 600 и 800 мм в виде царг с неразборными тарелками. Царги соединяются
между собой фланцами на прокладке. Крышка и днище крепятся таким же
способом. Люки-лазы в корпусе таких колонн не устраивают. Расстояние
между тарелками выбирают из ряда 200, 250, 300, 350, 400, 450 и 500 мм.
Количество тарелок в одной царге в зависимости от диаметра колонны и
расстояния между тарелками приведено в таблице А.1 приложения А.
Тарелки исполнения 2 (диаметром от 1000 до 4000 мм) и исполнения 3
(диаметром от 1200 до 4000 мм) отличаются величиной относительного
свободного сечения. Расстояние между тарелками исполнений 2 и 3 выбирают
из ряда 300, 350, 400, 450, 500, 600, 800, 1000 и 1200 мм. Однако при проектных
расчетах максимальное расстояние между тарелками принимают равным
600 мм. Применение больших расстояний между тарелками допускается в
районах расположения люков, а также в исключительных случаях: при
необходимости использования высоких сливных порогов (более 100 мм), в
колонных аппаратах, работающих под глубоким вакуумом или при разделении
сильнопенящихся систем.
Для тарелок исполнения 2 и 3 корпус цельносварной, тарелки разборные.
Крышка и днище либо привариваются к корпусу, либо крепятся с помощью
фланцевых соединений. Для монтажа, демонтажа и осмотра тарелок корпус
снабжают люками-лазами и смотровыми люками.
Высота сливной планки hс.п для тарелок всех исполнений составляет от 15
до 50 мм.
Основные технические данные ситчатых тарелок приведены в
таблицах А.2  А.4 приложения А.
Основной отличительной особенностью ситчатых тарелок является
простота конструкции. Кроме того, эти тарелки обладают низким
гидравлическим сопротивлением. Работоспособность тарелки при переменной
нагрузке (расходе) по пару характеризуется диапазоном устойчивой работы
тарелки, численно равным отношению максимально допустимой нагрузки (или
скорости пара) к минимально допустимой нагрузке (или скорости пара).
Диапазон устойчивой работы ситчатой тарелки равен 2 и мал по сравнению с
другими типами тарелок: при малых нагрузках по пару жидкость протекает
через отверстия тарелки, а при больших  уносится потоком пара на
вышележащие тарелки. Кроме того, как отмечалось выше, нормальная работа
ситчатых тарелок возможна только при разделении смесей, не содержащих
взвешенных частиц и не образующих твердых отложений, способных забивать
отверстия. Одним из важных требований при эксплуатации ситчатых тарелок
является горизонтальность их установки. Однако даже в этом случае возможна
неравномерная работа тарелки из-за градиента уровня жидкости на ней.
5
2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
2.1 Общие положения
Расчет проводится отдельно для верхней и нижней частей колонны.
Гидравлический расчет тарелок с переливными устройствами (ситчатых,
колпачковых, клапанных и др.) включает:
 определение скорости пара;
 определение диаметра колонны;
 выбор исполнения тарелки;
 выбор расстояния между тарелками;
 выбор размеров основных конструктивных элементов тарелки;
 определение рабочей скорости пара;
 выбор относительного свободного сечения тарелки;
 расчет высоты светлого слоя жидкости на тарелке;
 расчет высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости;
 расчет гидравлического сопротивления тарелки;
 расчет межтарельчатого уноса жидкости;
 проверку работоспособности переливного устройства.
Необходимо подчеркнуть важность первого этапа проектирования.
Увеличение эффективности массопередачи на контактных устройствах с
переливными устройствами в первую очередь достигается вследствие
улучшения гидродинамической обстановки на тарелке, в частности, устранения
провала жидкости на нижележащую тарелку и уноса жидкости на
вышележащую тарелку и т. д.
2.2 Расчет и выбор основных параметров ситчатой тарелки
Исходными данными для гидравлического расчета ситчатой тарелки
являются: среднее давление в колонне, массовые нагрузки колонны по
жидкости L x (кг/с) и по пару G y (кг/с); физические свойства фаз: плотности
жидкости x (кг/м3) и пара y (кг/м3), динамические коэффициенты вязкости
жидкости х (Пас) и пара у (Пас), поверхностное натяжение  (Н/м) [10, 11].
Необходимо также задать диаметр отверстий тарелки. Для жидкостей без
загрязнений выбирают тарелки с отверстиями 5 мм.
Также могут быть заданы коэффициенты, учитывающие возможное
увеличение и уменьшение нагрузки по пару, соответственно K1 и K2. При
непрерывной ректификации предполагается, что нагрузка по пару
пропорциональна нагрузке (расходу) по питанию, и принимается
(предполагается), что флегмовое число и концентрации легколетучего
компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке остаются постоянными.
Исходя из диапазона устойчивости ситчатой тарелки, рекомендуется задавать
6
коэффициенты K1 и K2 в пределах 1,0  K1  1,3 и 0,7  K2  1,0. При
стабильной нагрузке по пару: K1 = 1,0 и K2 = 1,0.
2.2.1 Расчет при постоянной нагрузке по пару
Диаметр D колонны определяют по известному расходу пара и скорости
пара:
D
где V y 
Vy
0 ,785 w
,
(1)
Gy
 объемный расход пара, м3/с;
y
w  скорость пара в свободном сечении колонны, м/с.
Скорость пара должна соответствовать равномерной работе тарелки.
Обычно желательно применение больших скоростей, так как при этом
уменьшается диаметр колонны и интенсифицируется массообмен. Однако при
скоростях пара выше некоторого максимального (предельно допустимого)
значения резко возрастает унос жидкости с нижележащей тарелки на
вышележащую.
Это
явление,
получившее
название
продольного
перемешивания жидкости, приводит к снижению эффективности колонны в
целом.
Для определения максимальной (предельно допустимой) скорости пара в
свободном сечении колонны можно воспользоваться эмпирической
зависимостью[4, с.515]:
wmax  Cmax


x
 0 ,1k1k 2 h  k3 q  9 ,72 10 3
y
  x ,
(2)
y
где wmax – максимальная скорость пара, отнесенная к единице площади
поперечного сечения колонны, м/с;
h – расстояние между тарелками, м;
q – линейная плотность орошения, м3/(мс);
k1, k2, k3 – коэффициенты.
Коэффициенты k1 и k3 зависят от типа тарелок. Для ситчатых тарелок
k1 = 1,20, k3= 1,22.
Коэффициент k2 зависит от давления в колонне: при атмосферном и
повышенном давлении k2 = 1, при вакууме k2 = 0,75.
Линейная плотность орошения q рассчитывается по соотношению:
7
q
Lx
V
 x ,
 x Lc.п Lc.п
(3)
где L х  массовый расход жидкости, кг/с;
V x  объемный расход жидкости, м3/с;
Lс.п  длина сливной планки (перегородки), которая для выбранного
диаметра определяется по таблице А.2 приложения А.
Если линейная плотность орошения q < 2,7810–3 м3/(мс) или
q > 1,8110–2 м3/(мс), то в уравнение (2) подставляются значения q, равные
соответственно 2,7810–3 или 1,8110–2.
Для определения максимальной скорости пара по уравнению (2)
рекомендуется поступить следующим образом. Вначале необходимо задаться
скоростью пара (1,0  w  1,5 м/с) и при известном объемном расходе пара
рассчитать диаметр колонны по уравнению (1). Затем выбрать ближайший
стандартный диаметр и для него определить по таблице А.2 приложения А
значение Lс.п, рассчитать по уравнению (3) q, выбрать исполнение тарелки (см.
ниже) и рассчитать максимальные скорости wmax пара при различных
расстояниях между тарелками от 0,3 до 0,6 м (если D  1,0 м) или от 0,2 до
0,5 м (если D < 1,0 м). Для выбранного стандартного диаметра рассчитать также
скорость пара в свободном сечении колонны:
w
Vy
S

Vy
0 ,785 D 2
,
(4)
где S = 0,785 D2 – площадь свободного сечения колонны, м2.
Введем коэффициент k = w/wmax Обычно рекомендуемые значения
коэффициента k находятся в пределах 0,75  0,85. Однако приведенные
пределы для коэффициента k часто не удается выдержать вследствие
брызгоуноса или высокого гидравлического сопротивления. Поэтому
коэффициент k может быть значительно меньше приведенных выше значений.
Значение коэффициента k должно быть в пределах: 0,40  k  0,90.
Если для выбранного диаметра k < 0,4 при всех допустимых расстояниях
между тарелками, то следует перейти к ближайшему меньшему стандартному
диаметру колонны и повторить расчет. Если для выбранного диаметра k > 0,9
при всех допустимых расстояниях между тарелками, то следует перейти к
ближайшему большему стандартному диаметру колонны и повторить расчет.
При проектировании простых полных колонн выбирают, как правило,
один и тот же диаметр для обеих частей колонны. Использование разных
диаметров для верхней и нижней частей колонны разрешается только в
исключительных случаях.
Исполнение тарелки определяют по величине линейной плотности
орошения q. При q < 1,710–2 м3/(мс) рекомендуется выбрать исполнение
8
тарелки 1 или 2. Если исполнение тарелки 2 и q > 1,710–2 м3/(мс), то
необходимо перейти к тарелкам исполнения 3 и повторить расчет q. Если
исполнение тарелки 1 или 3 и q > 1,710–2 м3/(мс), то необходимо перейти к
тарелкам ближайшего большего стандартного диаметра и повторить расчет q,
w, k. Не рекомендуется без необходимости (при q < 1,710–2 м3/(мс)) выбирать
тарелки исполнения 3.
Предварительно выбранное наименьшее расстояние между тарелками,
для которого выполнено соотношение 0,40  k  0,90, проверяют в конце
гидравлического расчета.
Для выбранной тарелки стандартного диаметра определяют рабочую
скорость пара, т.е. скорость пара, отнесенную к рабочей площади тарелки:
wр =
Vy
S раб
,
(5)
где Sраб – рабочая площадь тарелки, м2.
Рабочую площадь тарелки рассчитывают по уравнению:
для диаметра D < 1,0 м
Sраб = S  2Sсегм ,
(6)
Sраб = S (1  2п),
(7)
для диаметра D  1,0 м
где п – относительное сечение перелива (см. таблицу А.2 приложения А);
Sсегм – площадь сегмента тарелки, занятого переливом, м2:


1
S сегм  Lс.п D  D 2  L2с.п .
3
(8)
Найденное значение рабочей скорости пара wр для обеих частей колонны
(верхней и нижней) не должно превышать допустимой скорости wmax р пара в
рабочем сечении тарелки, определяемой по соотношению [12]:
wmax р  0 ,549 0 ,2 B
где   поверхностное натяжение, мН/м;
В – коэффициент, значения которого
приложения А.
x   y
y
,
приведены
(9)
в
таблице
А.5
9
Коэффициент B зависит от расстояния между тарелками и величины
комплекса В1, значения которого определяются соотношением:
B1 
Lx
Gy
y
x
,
(10)
где Lх , G у – массовые расходы жидкости и пара, кг/с.
Если условие:
wр< wmax р
(11)
не выполняется, то необходимо увеличить расстояние между тарелками и
повторить расчет wmax р. Если увеличить расстояние между тарелками
невозможно, то следует перейти к тарелкам ближайшего большего
стандартного диаметра и повторить расчет.
Условие (11) должно быть выполнено для обеих частей колонны при
одном и том же диаметре.
Высота сливной планки (порога) hс.п = 15 ÷ 50 мм (кратна 5) для всех
исполнений тарелки. Увеличение высоты сливной планки приводит к
увеличению высоты газожидкостного (барботажного) слоя и коэффициентов
массоотдачи. Однако увеличение высоты сливной планки приводит также к
значительному повышению гидравлического сопротивления тарелки.
Высота светлого слоя жидкости hо (м) определяется по эмпирической
формуле ([4], с.459):

h0  0 ,787 q 0 ,21hс0.,п56 wmр 1  0 ,31exp  0 ,11 x

 
  
 в 
0 ,09
,
(12)
где hс.п – высота сливной планки, м;
х – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПас;
, в – поверхностное натяжение жидкости и воды при температуре в
колонне, мН/м;
m = 0,05 – 4,6 hc.п.
Высота газожидкостного (барботажного) слоя рассчитывается по
уравнению [13]:
hг  ж 
h0
,
1 
где  – газосодержание барботажного слоя.
10
(13)
Величина  определяется по соотношению [4, с. 447, 13, с. 207]:

где Fr =
Fr
,
1  Fr
(14)
w2p
 критерий Фруда;
gh0
g – ускорение свободного падения, м/с2, (g = 9,81 м/с2).
Относительное свободное сечение тарелки  – долю площади отверстий
от поперечного сечения колонны выбирают, исходя из условия: скорость пара в
свободном сечении тарелки, wo, определяемая по формуле:
wo =
w
,

(15)
должна находиться в интервале:
wo min < wo < wo max ,
где wo min, wo max – минимально и максимально допустимые скорости пара в
свободном сечении тарелки (в отверстиях тарелки), м/с.
Минимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелки
рассчитывается по соотношению [16, с.68]:
wo min = 0 ,67
 x ghг  ж
,
 y
(16)
где  = 1,6  1,8 – коэффициент гидравлического сопротивления ситчатой
тарелки.
При скоростях пара меньших wo min происходит существенный провал
жидкости через отверстия тарелки.
Максимально допустимая скорость пара в свободном сечении тарелки –
это критическая скорость перехода пузырькового (пенного) режима в струйный
(инжекционный). В струйном режиме эффективность работы ситчатых тарелок
уменьшается, кроме того, для струйного режима в литературе отсутствуют
соотношения для определения коэффициентов массоотдачи при проведении
процесса ректификации. Скорость wo max при диаметре колонны D < 0,4 м
рассчитывается по соотношениям, приведенным в литературе [14]. Однако для
диаметров колонны D  0,4 м данные по определению wо max отсутствуют. По
11
аналогии с клапанными прямоточными тарелками [15] рекомендуется принять
wo max = 20 м/с.
Максимальное значение max относительного свободного сечения тарелки
можно рассчитать по формуле:
max 
w
wo min
.
(17)
В зависимости от диаметра и исполнения тарелки и диаметра отверстия
сита по таблице А.3 или А.4 приложения А выбирают ближайшее меньшее
стандартное относительное свободное сечение тарелки  и шаг между
отверстиями t.
Фактическая скорость пара в свободном сечении тарелки определится по
формуле (15).
Унос жидкости потоком пара на вышележащие тарелки приводит к
ухудшению эффективности работы тарелок. Брызгоунос (относительный
расход уносимой паром жидкости) определяется скоростью пара, высотой
сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В
литературе отсутствуют надежные зависимости, учитывающие влияние
физических свойств потоков на унос жидкости, особенно для процессов
ректификации. Для ситчатых тарелок унос жидкости рекомендуется
определять по соотношению Ханта, воспроизведенному в [4, с. 485]:
e  7 ,7 10
 5 73  w 
 
  hc 
3,2
 5,62  10
3 1  w 
 
  hc 
3,2
,
(18)
где е – относительный унос жидкости, кг жидкости/кг пара;
 – поверхностное натяжение, мН/м;
hс – высота сепарационного пространства, м.
Высоту сепарационного пространства определяют по формуле:
hc  h 
2,5h0
,
k4
(19)
где h – расстояние между тарелками, м;
ho – высота светлого слоя жидкости, м;
k4  коэффициент вспениваемости, определяемый по таблице А.6
приложения А (для слабопенящихся систем k4 = 0,9).
Величина уноса не должна превышать 0,1 кг/кг. Если е  0,1 кг/кг, то
необходимо либо увеличить расстояние между тарелками, если это возможно,
либо увеличить диаметр колонны и повторить расчет.
12
Отметим, что кроме уравнения (18) существуют и другие расчетные
формулы [17].
По данным книги [13, с.242] брызгоунос является функцией комплекса
wp/(mhc) (рисунок 2). Коэффициент m, учитывающий влияние на унос
физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:
 
m  1,15 10
y 
 
3   
0, 295
 x   y 


 y 


0, 425
,
где  – поверхностное натяжение, Н/м;
y – динамический коэффициент вязкости пара, Пас.
Рабочую скорость пара определяют по уравнению (5).
Согласно рисунку 2 условие е  0,1 кг/кг выполняется, если wp/(mhc)  1,8.
При курсовом проектировании величину e следует проверить двумя
предложенными способами.
e , кг/кг
0,16
0,15
0,14
0,13
0,12
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
1
1,2 1,4
1,6 1,8
2
2,2 2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6 3,8
4
w p /mh с
Рисунок 2 – Зависимость относительного уноса жидкости e
от комплекса wp/(mhc)
Гидравлическое сопротивление тарелки р можно определить по
следующему соотношению [13]:
13
 р =  р1 +  р2 +  р3
(20)
где р1 – гидравлическое сопротивление сухой тарелки, Па;
р2  гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя, Па;
р3  сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па.
Сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению:
р1  
 y wo2
2
,
(21)
где  = 1,6  коэффициент сопротивления ситчатой тарелки;
wо  скорость пара в свободном сечении тарелки, м/с.
Коэффициент сопротивления сухой тарелки можно рассчитать по
формуле [12]:
2
2

 d o   t
  
 1 ,
 t   0 ,62 d o 
(22)
где do – диаметр отверстия, мм;
t – шаг между отверстиями, мм.
Однако для точности расчета гидравлического сопротивления сухой
тарелки достаточно задаться коэффициентом сопротивления =1,6.
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя определяется по
соотношению:
р2 = пghг-ж  хgh0 ,
(23)
где п  плотность пены, кг/м3;
hг-ж  высота газожидкостного слоя, м;
h0  высота светлого слоя жидкости на тарелке, м.
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения,
возникает при выходе пара из отверстий в слой жидкости и определяется по
соотношению:
p3 
4
,
dэ
где   поверхностное натяжение, Н/м;
4f
d э  П = dо  эквивалентный диаметр отверстия, м;
14
(24)
П  периметр отверстия, м;
f  площадь сечения отверстия, м2.
Сопротивление р3 составляет всего несколько Па, поэтому величиной
р3 обычно пренебрегают.
Допустимое гидравлическое давление ситчатой тарелки (при
атмосферном или повышенном давлении в колонне) обычно составляет
 рдоп = 300 ÷ 400 Па. Если расчетная величина  р значительно больше, чем
 рдоп, то необходимо либо уменьшить высоту сливной планки, либо увеличить
диаметр колонны.
Проверка работы переливного устройства. Колонна должна работать без
захлебывания. Для нормальной работы переливного устройства необходимо,
чтобы выполнялось условие:
w < wmax ,
где w  фактическая скорость жидкости в переливном устройстве, м/с;
wmax – максимально допустимая скорость жидкости в переливе, м/с.
Скорость w рассчитывается по соотношению:
w 
Vx
,
S п
где Vx – объемный расход жидкости, м3/c;
S – свободное сечение колонны, м2;
п  относительное сечение перелива.
Для расчета величины wmax рекомендуется следующее соотношение [12]:
wmax = 8  10  3 k 4
 x   y  h ,
(25)
где k4 – коэффициент вспениваемости, определяемый по таблице А.6
приложения А (для слабопенящихся систем k4 = 0,9);
h – расстояние между тарелками, м.
Если w > wmax , то необходимо либо увеличить расстояние между
тарелками, если это возможно, либо перейти к тарелке исполнения 3, если
диаметр колонны более одного метра и первоначально была выбрана тарелка
исполнения 2, либо увеличить диаметр колонны и повторить расчет.
После выполнения гидравлического расчета рекомендуется основные
характеристики выбранной ситчатой тарелки и параметры, характеризующие ее
работу, свести в таблицу (см. таблицу 1).
15
Таблица 1  Характеристика выбранной тарелки
Параметры
Верхняя часть
Нижняя часть
колонны
колонны
Конструктивные параметры тарелки
Диаметр тарелки, D, м
Исполнение тарелки
Свободное сечение колонны, S, м2
Рабочая площадь тарелки, Sраб, м2
Расстояние между тарелками, h, м
Диаметр отверстий, dо, м
Шаг расположения отверстий, t, м
Периметр слива (длина сливной планки),
Lс.п, м
Высота сливной планки, hс.п, м
Относительное свободное сечение
тарелки, , %
Относительное сечение перелива, п, %
Параметры, характеризующие работу тарелки
Скорость пара в свободном сечении
колонны, w, м/с
Коэффициент k = w/wmax
Рабочая скорость пара, wр, м/с
Скорость пара в свободном сечении
тарелки, wо, м/с
Минимально допустимая скорость пара в
свободном сечении тарелки, wo min, м/с
Линейная плотность орошения, q, м3/(мс)
Высота светлого слоя жидкости, h0, м
Высота газожидкостного слоя, hг-ж, м
Газосодержание барботажного слоя, ε
Брызгоунос, е, кг/кг
Скорость жидкости в переливном
устройстве, w  , м/с
Максимально допустимая скорость
жидкости в переливном устройстве ,
wmax, м/с
Гидравлическое сопротивление тарелки,
Δр, Па
16
2.2.2 Расчет при переменной нагрузке по пару
При переменной нагрузке по пару задаются коэффициенты K1 и K2,
учитывающие увеличение и уменьшение нагрузки по пару соответственно.
Принципиальная схема расчета и выбора основных параметров ситчатой
тарелки остается без изменений, но количество расчетов увеличится и
потребуется больше внимания, особенно при выборе диаметра колонны.
Для определения диаметра D колонны необходимо задаться скоростью
пара (1,0  w  1,5 м/с) и при известном объемном расходе Vy пара при
стабильной нагрузке рассчитать диаметр колонны по уравнению (1). Выбрать
ближайший стандартный диаметр и для него рассчитать скорости пара в
свободном сечении колонны при различных нагрузках по пару:
w1 
w2 
K1V y
S
K 2V y
S
K1V y


0 ,785D 2
K 2V y
0 ,785D 2
,
(26а)
,
(26б)
где w1, w2  скорости пара в свободном сечении колонны при максимальной и
минимальной нагрузках по пару соответственно, м/с.
Затем по таблице А.2 приложения А определяют для выбранного
диаметра значение длины Lс.п сливной планки (перегородки) и рассчитывают
линейные плотности орошения для различных нагрузок по жидкости:
q1 
K1 V x
Lc.п
(27а)
K 2 Vx
Lc.п
(27б)
q2 
где V x  объемный расход жидкости при стабильной нагрузке, м3/с;
q1, q2  линейные плотности орошения при максимальной и минимальной
нагрузках по жидкости соответственно (напомним, что изменение
нагрузки по жидкости пропорционально изменению нагрузки по
пару), м3/(мс).
Выбор исполнения тарелки осуществляют по наибольшей линейной
плотности орошения q1 (см. раздел 2.2.1).
Отдельно для наибольшего и наименьшего расходов жидкости
рассчитывают максимальные (предельные) скорости wmax1, wmax2 пара по
уравнению (2) для различных расстояний между тарелками.
17
Для коэффициентов ki 
wi
wmax i
(i = 1, 2) рекомендуются следующие
пределы:
0,35  ki  0,90,
1,0 ≤ K1 1,2
при
и
0,8 < K2 1,0
(28)
0,30  ki  0,90,
1,2 < K1 1,3
при
и
0,7 < K2 0,8
Если для выбранного диаметра коэффициент k1 или k2 меньше
минимального значения при всех допустимых расстояниях между тарелками, то
следует перейти к ближайшему меньшему стандартному диаметру колонны и
повторить расчет. Если для выбранного диаметра коэффициент k1 или k2
больше 0,9 при всех допустимых расстояниях между тарелками, то следует
перейти к ближайшему большему стандартному диаметру колонны и повторить
расчет.
Предварительно выбранное наименьшее расстояние между тарелками,
для которого выполнено условие (28), проверяют в конце гидравлического
расчета.
Напомним, что расчет выполняют раздельно для верхней и нижней
частей колонны и при проектировании простых полных колонн диаметр должен
быть одинаковым для обеих частей колонны. Расстояние между тарелками и
исполнение тарелок верхней и нижней частей колонны могут различаться.
Для выбранной тарелки стандартного диаметра и различных нагрузок по
пару определяют рабочую скорость пара:
wр1 =
wр2 =
K1 V y
S раб
,
K 2 Vy
S раб
(29а)
,
(29б)
где Sраб – рабочая площадь тарелки (см. формулы (6), (7)), м2;
wр1, wр2  рабочие скорости пара при максимальной и минимальной
нагрузках по пару соответственно, м/с.
Величина максимально допустимой рабочей скорости пара, wmax р
рассчитывается по формуле (9) и не зависит от колебаний нагрузки по пару
Lx
(отношение
не меняется). Поскольку wр2 < wр1, то условие (11) при
Gy
переменной нагрузке пара можно записать следующим образом:
wр1 < wmax р.
18
(30)
Если условие (30) не выполняется, то необходимо увеличить расстояние
между тарелками и повторить расчет wmax р. Если увеличить расстояние между
тарелками невозможно, то следует перейти к тарелкам ближайшего большего
стандартного диаметра и повторить расчет.
Условие (30) должно быть выполнено для обеих частей колонны при
одном и том же диаметре.
Высота ho светлого слоя жидкости рассчитывается по формуле (12) для
различных нагрузок по пару и жидкости: ho1 при wр = wр1, q = q1; ho2 при wр =
wр2, q = q2.
Высота hгж газожидкостного (барботажного) слоя рассчитывается по
формуле (13) для различных нагрузок по пару и жидкости: hгж1 при ho = ho1,
wр = wр1; hгж2 при ho = ho2, wр = wр2.
Для определения относительного свободного сечения тарелки 
рассчитывают минимально допустимую скорость пара в отверстиях тарелки по
формуле (16) для различных нагрузок по пару и жидкости: wо min1 при
hгж = hгж1; wо min2 при hгж = hгж2, и максимальное значение относительного
свободного сечения тарелки по формуле (17): max1 при w = w1, wо min = wо min1;
max2 при w = w2, wо min = wо min2
В зависимости от диаметра и исполнения тарелки и диаметра отверстия
сита по таблице А.3 или А.4 приложения А выбирают стандартное
относительное свободное сечение тарелки  ближайшее меньшее величины
min(max1, max2) и шаг между отверстиями t.
Максимально допустимая скорость пара в отверстиях тарелки составляет
wо max = 20 м/с. Поэтому необходимо проверить для максимальной нагрузке по
пару выполнение условия:
wо1 =
w1
< wо max.

(31)
Брызгоунос рассчитывается по уравнениям (18), (19) для максимальной
нагрузки по пару: при w = w1, ho = ho1.
Гидравлическое сопротивление тарелки, p, определяется по уравнениям
(20) – (22) также для максимальной нагрузки по пару: при wо = wо1, ho = ho1,
hгж = hгж1.
Проверка работы переливного устройства на отсутствие захлебывания
выполняется так же, как и в случае стабильной нагрузки по пару, но для
максимальной нагрузки по жидкости. Поэтому фактическая скорость жидкости
в переливном устройстве рассчитывается по формуле:
w 
K1Vx
.
S п
(32)
19
Таким образом, оба коэффициента K1 и K2 учитываются при
определении диаметра колонны, расстояния между тарелками, а также при
расчете минимально допустимой скорости пара в отверстиях тарелки и выборе
относительного свободного сечения тарелки. Выбор исполнения тарелки,
расчет
межтарельчатого
уноса
жидкости,
расчет
гидравлического
сопротивления
тарелки,
проверка
работы переливного устройства
осуществляются при максимальных нагрузках по пару и жидкости, т.е. с учетом
только коэффициента K1.
3 РАСЧЕТ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ
3.1 Общие положения
Второй этап проектирования тарельчатых колонн включает:
определение эффективности тарелок;
определение количества действительных тарелок (реальных ступеней
изменения концентраций);
расчет высоты колонны;
расчет гидравлического сопротивления колонны.
На втором этапе проектирования расчет ведут при постоянных нагрузках
по пару и жидкости, поэтому при определении кинетических параметров, не
следует использовать коэффициенты K1 и K2.
3.2 Определение локальной эффективности тарелки
Расчет эффективности Е0 тарелки зависит от модели структуры потоков
пара и жидкости и их взаимного движения. На тарелках с переливными
устройствами осуществляется перекрестное движение фаз. Обычно для паровой
фазы используется модель идеального вытеснения, а для жидкой фазы
используется либо модель полного перемешивания (справедливая для тарелок
малого диаметра), либо модель идеального вытеснения, или диффузионная
модель движения жидкости, учитывающая перемешивание жидкости на
тарелке [13, с.105].
Для модели полного перемешивания жидкости на тарелке:
Е0 = 1 – ехр (– n0y) .
(33)
Для модели идеального вытеснения жидкости при перекрестном
движении фаз:
Е0 =
20
1
exp  A E0   1 ,
A
(34)
где n0y – общее число единиц переноса по паровой фазе на тарелке;
m
A ;
l
l и m – тангенс угла наклона рабочей и равновесной линии соответственно.
Тангенс угла наклона рабочей линии равен коэффициенту при х в
уравнении рабочей линии. Тангенс угла наклона равновесной линии зависит от
концентрации х и может быть определен по формуле:
m  m x  
dy * y*  x  x   y*  x  x 

,
2x
dx
где Δ х = 0,02  0,05;
y*(x + ∆ x), y*(x – ∆ x) – состав пара, равновесный с жидкостью состава
(x + ∆ x) и (x – ∆ x) соответственно.
При использовании диффузионной модели для жидкой фазы общая
эффективность тарелки рассчитывается по уравнению:
1  exp   exp  1 
E0  E0 

,
  1   /  1   /   
где  
(35)

Peтx 
4 A E0
 1
,

1

2 
Peтx

 =  + Peтx,
2
l
1
Peтx 
 p  критерий Пекле, характеризующий перемешивание
Foтx DT  x
жидкости на тарелке,
l p  D 2  Lc .п 2  длина пути жидкости на тарелке (расстояние между
переливной и сливной перегородками), м,
hS
 x  о pаб  время пребывания жидкости на тарелке, с,
Vx
DT  коэффициент турбулентной диффузии, м2/с, определяемый для
ситчатых тарелок равенством:
DT  0 ,15 w p h0 ,6 hс0.,п4 ,
Δh = hг-ж – hс.п – подпор жидкости над сливным порогом, м.
21
В уравнениях (34) и (35) локальная эффективность Е0 определяется по
уравнению (33).
Как правило, при проектных расчетах используют уравнение (33), однако
для колонн большого диаметра это уравнение дает заниженное значение
локальной эффективности.
Локальная эффективность Е0 должна быть не меньше 0,4. Если Е0 < 0,4,
то необходимо увеличить высоту сливного порога h c.п и повторить расчет.
Общее число единиц переноса n0y можно рассчитать по формуле:
n0 y 
1
1
A

n y nx
,
(36)
где ny и nx – частные числа единиц переноса по паровой и жидкой фазам на
тарелке.
3.3 Определение кинетических параметров
(частных чисел единиц переноса)
Поскольку для определения кинетических параметров процесса
ректификации обобщенные закономерности практически отсутствуют, то
рекомендуется использовать кинетические зависимости, полученные при
исследовании абсорбционных процессов [4, 13].
Число ny единиц переноса по газовой фазе можно рассчитать по
следующему соотношению [4, с.498]:
 
n y  1,77  103 Pey 0 ,5 h1г ,2ж ,
где Pey 
(37)
w p hг  ж
– диффузионный критерий Пекле;
Dy
wp – рабочая скорость пара, (см. формулу (5)), м/с;
hг-ж – высота газожидкостного (барботажного) слоя жидкости, (см.
формулу (13)), м;
Dy – коэффициент диффузии для паровой фазы, м2/с.
Число nх единиц переноса по жидкой фазе можно рассчитать по
следующему уравнению [4, c. 503]:
nx  1,26 105 Pex 0 ,5 h1г ,9ж ,
где Pex 
22
Uhг  ж
– диффузионный критерий Пекле;
Dx
(38)
Vx
– приведенная плотность орошения, м3/(м2с);
S раб
Vx – объемный расход жидкости, м3/с;
Sраб – рабочая площадь тарелки, (см. формулы (6), (7)), м2;
Dx – коэффициент диффузии для жидкой фазы, м2/c.
Уравнения (37) – (38) удовлетворительно отвечают опытным данным для
тарелок различных типов: ситчатых, колпачковых и решетчатых.
U=
3.4 Определение числа действительных тарелок
Для определения необходимого числа n действительных тарелок (числа
реальных ступеней изменения концентраций) существует несколько основных
методов расчета [5, 13, 16, 18].
Согласно методу теоретической тарелки число реальных тарелок
определяют по формуле[18, с. 322]:
n
nт
,
Е0
(39)
где nт – число теоретических тарелок, определяемое графическим построением
ступеней между рабочими линиями и линией равновесия,
Е0 – средняя эффективность тарелок (к.п.д. колонны).
Найденную по формуле (39) величину n округляют в большую сторону до
целого числа.
Напомним, что величины Е0, nт и n определяют отдельно для верхней и
нижней частей колонны. Величину m определяют для средней концентрации в
жидкой фазе также отдельно для верхней и нижней частей колонны.
Согласно методу кинетической кривой задаются рядом концентраций xi
легколетучего компонента в жидкости (i = 1, 2, … k; x1 = xW, xk = xD), для этих
концентраций рассчитывают локальные эффективности Е0i (используя
вышеприведенные уравнения), концентрации ypi(xi) в паровой фазе по
уравнениям рабочих линий, определяют равновесные концентрации yi*(xi) и
рассчитывают концентрации yi(xi) по формуле
yi(xi) = ypi(xi) + Е0i (yi*(xi) – ypi(xi)) .
По значениям уi(xi) строят линию (кинетическую кривую) и определяют
число реальных тарелок графическим построением ступеней между
кинетической кривой и рабочими линиями [13, c.243; 18, с.345].
Метод кинетической кривой используют обычно в тех случаях, когда
эффективность тарелки существенно зависит от концентрации легколетучего
компонента в жидкой фазе.
В настоящее время на кафедре процессов и аппаратов подготовлены и
23
используются программы расчета на ЭВМ числа теоретических
действительных тарелок по заданной средней их эффективности.
и
3.5 Определение высоты и гидравлического сопротивления колонны
Высоту Нт тарельчатой части колонны находят по соотношению:
Нт = nн hн + (nв – 1) hв ,
(40)
где nн, nв – число действительных тарелок в нижней и верхней частях колонны
соответственно;
hн, hв – расстояние между тарелками в нижней и верхней частях колонны
соответственно, м.
Если расстояния между тарелками в нижней и верхней частях колонны
одинаковы (hн = hв = h), то формула (40) примет вид:
Нт = (n – 1) h ,
(41)
где n = nн + nв – общее число действительных тарелок в колонне.
Общую высоту колонны определяют по формуле:
Н = Нт + zв + zн ,
(42)
где zв, zн – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны и между
днищем колонны и нижней тарелкой соответственно, м.
Значения zв и zн выбирают по таблице А.7 приложения А в соответствии с
рекомендациями [13].
Гидравлическое сопротивление рк простой полной колонны определяют
по формуле:
рк = р.в nв + рн nн ,
(43)
где рв, рн – гидравлическое сопротивление тарелки верхней и нижней частей
колонны соответственно, Па.
24
ЛИТЕРАТУРА
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии.
В 2-х кн. Часть 2: Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 2002. 368с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии. 10-е изд., стер. М.: Альянс, 2004. 750 с.
3. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии. М.: Химия, 1982. Кн.1-2. 812 с.
4. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1976.
656 с.
5. Волжинский А.И., Константинов В.А. Ректификация: колонные
аппараты с колпачковыми тарелками: Метод. указания к курс. проектированию
/СПбГТИ.-СПб., 2002. 30 с.
6. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки:
Справочник /Под ред. Е.П. Судакова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Химия,1979.
568 с.
7. Криворот А.С. Конструкции и основы проектирования машин и
аппаратов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1992. 400 с.
8. Колонные аппараты: Каталог / ЦИНТИ химнефтемаш. М., 1987. 29 с.
9. ОСТ 26-01-108-85 Тарелки ситчато-клапанные колонных аппаратов.
Параметры, конструкция и размеры.
10. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Определение средних физических
величин, потоков пара и жидкости: Метод. указания к курс.
проектированию/СПбГТИ.-СПб., 2002. 10 с.
11. Волжинский А.И., Флисюк О.М. Ректификация: справочные данные
по физико-химическим величинам: Метод. указания к курс. проектированию
/СПбГТИ.-СПб., 2002. 10 с.
12. ОСТ 26-01-1488-83 Аппараты колонные тарельчатые. Метод
технологического и гидродинамического расчета.
13. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по
проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. Изд.2-е, перераб. и доп. М.:
Химия, 1991. 494 с.
14. Носков А.А., Соколов В.Н. О гидродинамике ситчатых барботажных
тарелок // Процессы и аппараты химической технологии. Труды ЛТИ им.
Ленсовета. Вып. 39. Л.: ГХИ, 1957. С. 110 – 126.
Шахов Ю.А., Носков А.А., Романков П.Г. К определению границы
между пенным и инжекционным режимами на ситчатой тарелке //Процессы
химической технологии. Гидродинамика, тепло- и массопередача. М.-Л.: Наука,
1965. С. 31-36.
15. Волжинский А.И., Константинов В.А. Ректификация: колонные
аппараты с клапанными прямоточными тарелками: Метод. указания к курс.
Проектированию /СПбГТИ.-СПб., 2003. 26 с.
16. Яблонский П.А., Озерова Н.В. Проектирование тепло- и
25
массообменной аппаратуры химической промышленности: Учебное пособие,
11-е изд., перераб. и доп. СПб.: СПб. технолог. ин-т, 1993. 92 с.
17. Азбель Д.С. Исследование процесса уноса в колоннах с ситчатыми
тарелками // Хим. машиностроение, 1960, № 6. С. 14 – 21.
18. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. 12-е изд., стер. М.: Альянс,
2005. 576 с.
26
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Таблицы к гидравлическому расчету тарелок
Таблица А.1  Количество тарелок в одной царге (ОСТ 26-01-108-85)
Диаметр
колонны,
D, мм
400, 600
800
Расстояние между
тарелками,
h, мм
200
250
300
350
400
450
500
200
250
300
350
400
450
500
Высота царги,
hц, мм
Число тарелок в
царге
800
1000
900
1050
800
900
1000
1200
1500
1200
1400
1200
1350
1500
4
3
2
6
4
3
27
Продолжение приложения А
Таблица А.2  Основные параметры ситчатых тарелок (ОСТ 26-01-108-85)
Диаметр Исполнение
колонны,
тарелки
D, мм
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
28
1
2
3
Свободное
сечение
колонны,
S, м2
0,126
0,283
0,503
0,785
1,13
1,54
2,01
2,54
3,14
3,80
4,52
5,31
6,16
7,07
8,04
9,08
10,18
11,34
12,57
1,13
1,54
2,01
2,54
3,14
3,80
4,52
5,31
6,16
7,07
8,04
9,08
10,18
11,34
12,57
Относительное Длина сливной
сечение
планки
перелива,
(периметр слива),
Lс.п, мм
п, %
3,37
4,30
4,30
5,13
5,31
5,25
4,11
4,51
5,20
4,14
6,69
4,90
4,20
4,40
4,70
4,20
6,00
5,00
6,20
9,80
14,60
18,31
21,60
16,37
17,50
16,57
14,70
18,10
20,10
19,30
17,50
19,30
20,70
18,10
302
460
592
585
720
840
895
1040
1195
1235
1565
1520
1575
1720
1860
1915
2250
2255
2530
865
1130
1365
1595
1660
1855
2000
2235
2380
2615
2760
2870
3105
3335
3400
Продолжение приложения А
Таблица А.3  Относительное свободное сечение ситчатой тарелки
при диаметре отверстий 5 мм (ОСТ 26-01-108-85)
Диаметр Исполнение
колонны,
тарелки
D, мм
400
1
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
3
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
Шаг между отверстиями t, мм
11
12
13
15
17
18
Относительное свободное сечение тарелки , %
7,11
6,00
5,25
3,85
2,98
2,65
9,82
8,25
7,23
5,27
4,10
3,66
9,87
8,28
7,27
5,31
4,14
3,68
12,56
10,51
9,23
6,66
5,25
4,61
12,12
10,17
8,93
6,54
5,04
4,51
12,53
10,52
9,22
6,75
5,26
4,67
12,88
10,79
9,45
6,91
5,37
4,77
13,17
10,98
9,68
7,05
5,49
4,90
13,37
11,21
9,84
7,16
5,57
4,96
13,15
11,05
9,68
7,05
5,50
4,90
12,52
10,53
9,22
6,72
5,24
4,66
13,50
11,33
9,94
7,25
5,65
5,02
13,62
11,44
10,03
7,33
5,70
5,09
13,69
11,51
10,08
7,37
5,72
5,10
13,75
11,55
10,12
7,40
5,75
5,13
13,84
11,64
10,19
7,44
5,80
5,17
13,41
11,26
9,87
7,20
5,61
5,00
14,02
11,78
10,31
7,54
5,86
5,23
13,57
11,41
9,99
7,30
5,68
5,06
11,23
9,47
8,31
6,01
4,69
4,16
10,13
8,50
7,46
5,45
4,22
3,76
9,95
8,35
7,36
5,37
4,18
3,73
9,05
7,60
6,66
4,86
3,76
3,37
9,26
7,77
6,81
4,96
3,85
3,44
8,86
7,47
6,52
4,76
3,71
3,31
9,47
7,96
6,96
5,08
3,96
3,54
8,79
7,38
6,47
4,72
3,67
3,27
9,23
7,75
6,80
4,96
3,87
3,44
9,35
7,86
6,88
5,02
3,91
3,49
9,11
7,66
6,70
4,90
3,81
3,40
9,62
8,08
7,07
5,18
4,02
3,59
9,14
7,68
6,73
4,91
3,82
3,41
8,76
7,36
6,45
4,71
3,66
3,27
9,77
8,20
7,19
5,25
4,08
3,64
29
Продолжение приложения А
Таблица А.4  Относительное свободное сечение ситчатой тарелки
при диаметре отверстий 8 мм (ОСТ 26-01-108-85)
Диаметр Исполне
колонны
ние
D, мм
тарелки
400
1
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
3
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
30
Шаг между отверстиями t, мм
16
17
18
20
22
23
25
Относительное свободное сечение тарелки , %
8,60
7,63
6,80
5,50
4,54
4,15
3,46
11,87 10,49
9,37
7,59
6,27
5,74
4,84
11,94 10,59
9,43
7,63
6,32
5,77
4,89
15,12 13,46 11,92
9,74
7,94
7,30
6,15
14,69 13,00 11,59
9,38
7,78
7,08
5,75
15,19 13,44 12,01
9,74
8,05
7,33
6,23
15,57 13,78 12,28
9,95
8,25
7,51
6,36
15,92 14,11 12,58 10,19
8,35
7,64
6,47
16,17 14,33 12,77 10,35
8,53
7,83
6,62
15,92 14,10 12,57 10,18
8,42
7,68
6,50
15,15 13,43 11,97
9,69
8,00
7,32
6,19
16,32 14,46 12,09 10,45
8,64
7,90
6,68
16,48 14,61 13,02 10,55
8,71
7,98
6,74
16,57 14,68 13,09 10,60
8,77
8,02
6,79
16,64 14,73 13,14 10,64
8,80
8,06
6,81
16,75 14,85 13,24 10,72
8,86
8,11
6,85
16,22 14,27 12,82 10,38
8,58
7,85
6,64
16,96 15,02 13,40 10,85
8,96
8,21
6,94
16,42 14,54 12,97 10,51
8,68
7,94
6,72
13,62 12,12 10,79
8,76
7,16
6,54
5,57
12,27 10,84
9,67
7,85
6,49
5,91
5,00
12,09 10,69
9,55
7,71
6,36
5,82
4,92
10,94
9,68
8,62
7,02
5,80
5,29
4,47
11,21
9,90
8,85
7,16
5,92
5,41
4,58
10,73
9,52
8,50
6,86
5,68
5,18
4,39
11,40 10,15
9,04
7,32
6,06
5,55
4,69
10,64
9,43
8,41
6,81
5,63
5,14
4,35
11,17
9,90
8,83
7,15
5,90
5,41
4,57
11,31 10,02
8,94
7,24
5,98
5,47
4,64
11,03
9,77
8,71
7,05
5,83
5,33
4,51
11,64 10,32
9,19
7,45
6,15
5,63
4,76
11,07
9,80
8,74
7,08
5,85
5,35
4,53
10,60
9,40
8,38
6,79
5,60
5,13
4,34
11,82 10,47
9,34
7,56
6,25
5,71
4,84
Продолжение приложения А
Таблица А.5  Значения коэффициента B (ОСТ 26-01-1488-83)
Комплекс
B1
200
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,090
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
2,000
0,021
0,021
0,021
0,023
0,024
0,024
0,025
0,026
0,026
0,028
0,033
0,038
0,040
0,043
0,043
0,043
0,043
0,042
0,041
0,036
0,031
0,029
0,027
0,025
0,023
0,022
0,020
0,019
0,012
Расстояние между тарелками h, мм
250
300
350
400
450
500
Значение коэффициента B
0,029 0,036 0,042 0,046 0,054 0,058
0,028 0,035 0,041 0,045 0,053 0,058
0,028 0,035 0,042 0,047 0,053 0,059
0,030 0,036 0,042 0,047 0,054 0,060
0,031 0,037 0,043 0,048 0,055 0,061
0,031 0,038 0,044 0,049 0,056 0,062
0,032 0,039 0,045 0,050 0,057 0,063
0,033 0,039 0,046 0,057 0,058 0,064
0,033 0,040 0,046 0,052 0,059 0,065
0,035 0,041 0,047 0,053 0,060 0,066
0,041 0,048 0,055 0,063 0,069 0,077
0,047 0,055 0,063 0,069 0,075 0,085
0,049 0,058 0,065 0,072 0,080 0,088
0,052 0,060 0,067 0,074 0,081 0,089
0,052 0,060 0,067 0,075 0,081 0,088
0,052 0,060 0,067 0,075 0,081 0,087
0,052 0,060 0,066 0,074 0,080 0,086
0,051 0,059 0,066 0,074 0,079 0,085
0,050 0,058 0,065 0,073 0,078 0,084
0,044 0,051 0,057 0,064 0,068 0,073
0,038 0,045 0,050 0,057 0,061 0,065
0,035 0,041 0,045 0,051 0,055 0,059
0,032 0,036 0,040 0,045 0,048 0,052
0,029 0,033 0,036 0,039 0,042 0,046
0,027 0,030 0,033 0,036 0,038 0,042
0,025 0,027 0,030 0,033 0,034 0,038
0,023 0,025 0,027 0,030 0,032 0,035
0,021 0,023 0,025 0,027 0,029 0,033
0,012 0,012 0,013 0,014 0,015 0,018
600
0,071
0,070
0,071
0,072
0,073
0,074
0,075
0,077
0,078
0,079
0,091
0,097
0,100
0,101
0,101
0,101
0,100
0,099
0,098
0,087
0,077
0,069
0,060
0,053
0,048
0,043
0,040
0,037
0,019
31
Продолжение приложения А
Таблица А.6  Значения коэффициента вспениваемости k4 (ОСТ 26-01-1488-83)
Наименование
системы
Наименование процессов
Ректификация нефти, углеводородных
Непенящиеся
газов, кроме легких углеводородов типа
метана и этана
Слабопенящиеся Фтористые системы (фреоны)
Атмосферная
переработка
нефти,
Умеренноуглеводородные
абсорберы
и
пенящиеся
десорберы, аминовые и гликолевые
регенераторы
Сильнопенящиеся Вакуумная перегонка мазута, аминовые
и гликолевые абсорберы, глицерин,
деметанизаторы
Очень сильноРазделение метилэтилкетонов
пенящиеся
Стойкая пена
Очистка средств потравки, моющих
веществ
Значение
коэффициента
k4
1,0
0,9
0,85
0,75
0,6
0,15
Таблица А.7 – Определение расстояний zв и zн
Диаметр колонны D,м
0,4 ÷ 1,0
1,2 ÷ 2,2
≥ 2,4
32
zв, м
0,6
1,0
1,4
z н, м
1,5
2,0
2,5
Оглавление
Введение….……………………………………………………….……….
3
1 Конструкции ситчатых тарелок………………………………………...
3
2 Гидравлический расчет……….…………………………………….…..
6
2.1 Общие положения…………………………………………………..…
6
2.2 Расчет и выбор основных параметров ситчатой тарелки…………..
6
2.2.1 Расчет при постоянной нагрузке по пару…….…………………...
7
2.2.2 Расчет при переменной нагрузке по пару….……………………...
17
3 Расчет высоты колонны………..…………………………………..…...
20
3.1 Общие положения…………………………………………………….. 20
3.2 Определение локальной эффективности тарелки…………………..
20
3.3 Определение кинетических параметров (частных чисел единиц
22
переноса)……………………………………………………………….
3.4 Определение числа действительных тарелок……………………….
23
3.5 Определение высоты и гидравлического сопротивления
24
колонны………………………………………………………………...
Литература…..…………………………..………………………………...
25
Приложение А Таблицы к гидравлическому расчету тарелок……….... 27
33
Кафедра процессов и аппаратов
Учебное пособие
Ректификация: колонные аппараты с ситчатыми тарелками
Александр Иванович Волжинский
Андрей Викторович Марков
Отпечатано с оригинал – макета. Формат 60х90 1/16
Печ.л. 2. Тираж 100 экз.
Санкт – Петербургский государственный технологический институт
(Технический университет) ИК «Синтез» Заказ №
190013, Санкт – Петербург, Московский пр., 26