Ректификация. Определение диаметров штуцеров. Определение площади поверхности теплопередачи кипятильника и дефлегматора

где  - объемный расход паровой фазы в колонне.

По расчетной величине выбирается ближайшее значение диаметра  из нормального ряда диаметров колонн, которое и используется в дальнейших расчетах.

В нефтеперерабатывающей промышленности используется следующий нормальный ряд диаметров колонн  (в м) в соответствии с ГОСТ 9617-76 [12]: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,4; 7,0; 8,0; 9,0.

В химической промышленности принят другой нормальный ряд диаметров колонн [12]: 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0;  1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,2; 2,6; 3,0.

После определения диаметра колонны уточняется фактическая скорость пара в колонне:

.                                              (52)

Гидравлическое сопротивление тарелок складывается из сопротивления сухой тарелки, сопротивления парожидкостного слоя на тарелке, сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения. Формулы для расчета поверхностного сопротивления сухой тарелки и сопротивления парожидкостного слоя зависят от типа тарелки. В табл. 1.1 приведены литературные источники, в которых рассмотрены примеры расчета гидравлического сопротивления тарелок.

Расчет гидравлического сопротивления тарелок.                             Таблица 1.1.

Гидравлический расчет рекомендуется проводить отдельно для верхней и нижней частей колонны, так как объемные расходы пара и жидкости для разных сечений колонны не одинаковы. В вакуумных колоннах и колоннах с боковым отбором продуктов (сложных колоннах) объемные расходы пара и жидкости могут изменяться настолько значительно, что для таких колонн диаметры верхней и нижней частей выполняются различными. В сложных колоннах часто различаются и контактные устройства концентрационной и отгонной секций колонны.

Число реальных тарелок  приближенно, без учета кинетики процесса массообмена на каждой тарелке, определяется как частное от деления числа теоретических тарелок  на средний коэффициент полезного действия тарелки (колонны) :

.                                            (53)

Значения  в процессах ректификации для различных смесей жидкостей и типов контактных устройств приведены в работе [6]. Значения средних коэффициентов полезного действия тарелок обычно составляют от 0,3 до 0,8.

Рис. 1.6. Определение высоты колонны. Назначение штуцеров: А-выход паров с верха колонны в шлемовую трубу; В-ввод флегмы; С-ввод сырья; Е-ввод паров из кипятильника; К-вывод кубовой жидкости в кипятильник колонны

    

После определения числа реальных тарелок в колонне и их гидравлического сопротивления уточняется значение давлений в зоне питания и в кубе колонны (формулы (13)-(14)). В случае большого расхождения предварительно определенных величин  и  (когда принималось ориентировочно число реальных тарелок и их гидравлическое сопротивление) и уточненных значений давления в зоне питания и внизу колонны (когда в формулы (13)-(14) подставлялись рассчитанные величины числа реальных тарелок и гидравлического сопротивления) в расчеты вносятся необходимые корректировки.

Число реальных тарелок и расстояние между ними  определяет высоту тарельчатой части колонны  и  (рис. 1.6):

.                                            (54)

Высота зоны питания  и расстояние от крышки до первой тарелки концентрационной части  определяются конструктивно:

.

;                                                 (55)

.                                                    (56)

Расстояние от днища до первой тарелки отгонной части  рассчитывается исходя из условия запаса для 15 – 20 - минутной работы насоса, откачивающего кубовую жидкость, в случае прекращения поступления сырья в колонну:

.                                              (57)

Высота опоры колонны  рассчитывается в зависимости от диаметра колонны:

.                                               (58)

Общая высота колонны определяется из уравнения