Расчет колонны для стабилизации бензина по методу ключевых компонентов (ректификационная колонна с диаметром 0,2 м и 84 клапанными тарелками), страница 11

Число теоретических тарелок N_т = 67.  В верхней части N₁ = 35 тарелок, в нижней N₂ = 32 тарелки.

Число действительных тарелок определим по формуле

где N - число действительных тарелок в колонне;

N_т - число теоретических тарелок;

з - средняя эффективность тарелок в колонне.

Коэффициент з зависит от многих факторов, примем з = 0,8

N₁ = 44, N₂ = 40 тарелок.

Минимальное флегмовое число определим по уравнению

где R_min - минимальное флегмовое число;

y_D - массовая доля легкого ключевого компонента в дистилляте псевдобинарной смеси;

y₀ - ордината точки пересечения q-линии с линией равновесия;

х₀ - абсцисса точки пересечения q-линии с линией равновесия; y₀, х₀ определяются графически по рисунку 3.6.1.

y₀ = 0,436; x₀ = 0,386.

Оптимальное флегмовое число:

R_опт = 1,3 · R_min + 0,36,                                     (3.6.6)

где R_min - минимальное флегмовое число.

R_опт = 1,3 · 11,04 + 0,36 = 14,71.

3.7 Гидравлический расчет колонны

Диаметр колонны определим из уравнения расхода дистиллята:

где d - диаметр, м;

V - объемный расход дистиллята, м³/с;

ω_max - максимальная скорость паров, м²/с.

Объемный расход дистиллята найдем по формуле

V = L + D,                                               (3.7.2)

где V - объемный расход дистиллята, м³/с;

L - расход дистиллята на орошение (флегмы), м³/с;

D - балансовый расход дистиллята, м³/с.

В свою очередь,

L = R · D,                                                (3.7.3)

где L - расход флегмы, м³/с;

R - флегмовое число;

D - балансовый расход дистиллята, м³/с.

Балансовый расход дистиллята, м³/с:

где D_масс - массовый балансовый расход дистиллята, кг/с.

ρ - плотность дистиллята, м³/кг.

L = 14,71 · 0,006 = 0,09

V = 0,09 + 0,006 = 0,0005

Максимальную скорость паров можно найти по уравнению:

где ω_max - максимальная скорость газов, м²/с;

c_max - коэффициент, характеризующий влияние различных факторов в колонне;

ρ_ж - плотность жидкости при температуре верха, кг/м³;

ρ_п - плотность паров при температуре верха, кг/м³.

c_max = 8,47·10^-5 · (k₁ · k₂ · c₁ - c₂ · (𝜆 - 35)),                        (3.7.6)

где k₁ - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа тарелок. Для клапанных тарелок k₁ = 1,15;

k₂ - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа тарелок; k₂ = 4;

c₁ - коэффициент, принимаемый в зависимости от расстояния между тарелками. При расстоянии h = 0,8 м c₁ = 8,85;

c₂ - коэффициент, равный 1;

𝜆 - коэффициент, рассчитываемый по формуле:

где L - расход флегмы, м³/с;

V - расход дистиллята, м³/с;

ρ_ж - плотность жидкости при температуре верха, кг/м³;

ρ_п - плотность паров при температуре верха, кг/м³.

Плотность жидкости при температуре верха колонны найдем по уравнению А. К. Мановяна:

где ρ_ж - плотность жидкости при температуре верха, кг/м³;

ρ - относительная плотность жидкости при 20 °C;

t - температура верха колонны, °C.

.

=679,37

Плотность паров при температуре верха колонны найдем по уравнению:

где ρ_п - плотность паров при температуре верха, кг/м³;

х_i - мольная доля каждого компонента дистиллята;

ρ_i - плотность каждого компонента дистиллята, кг/м³

Плотность каждого компонента дистиллята можно вычислить по формуле

где M_i - молекулярная масса каждого компонента дистиллята, кг/кмоль;

Р - давление в колонне, МПа; Р = 0,4 МПа;

Р₀ - нормальное давление, МПа;

Т - температура вверху колонны, К; Т = 128,5 °C =401,5 К;

Т₀ - нормальная температура, К.

Расчет плотности паров при температуре верха колонны представлен в таблице 3.7.1.

Таблица 3.7.1 - Расчет плотности паров при температуре верха колонны

Компонент	Моль. доля	М	ρi, кг/м3	xi · ρi
до 28 28 - 50 50 - 65 65 - 80 80 - 95 95 - 110	0,12 0,18 0,15 0,17 0,19 0,19	64,39 73,22 80,56 87,01 93,91 101,26	7,72 8,78 9,66 10,43 11,26 12,14	0,93 1,58 1,45 1,77 2,14 2,31
Итого	1			10,18