Расчет минимального числа тарелок колонны К1
Средние температуры в укрепляющей и исчерпывающей части колонны К1-1 рассчитываются по следующим формулам:
(39)
(40)
оС
f(Tукр)=4,7121
оС
f(Tисч)=3,8206
Для того, чтобы посчитать минимальное число тарелок необходимо посчитать коэффициентыотносительной летучести в укрепляющей и исчерпывающей частиколонны К1-1.
Коэффициент относительной летучести в укрепляющей части рассчитывается по уравнению:
, (41)
где ‑ давление насыщенных паров легкого ключевого компонента при средней температуре в укрепляющей части колонны, атм;
‑ давление насыщенных паров тяжелого ключевого компонента при средней температуре в укрепляющей части колонны, атм.
Коэффициент летучести в исчерпывающей части находится по уравнению
, (42)
где ‑ давление насыщенных паров легкого ключевого компонента при средней температуре в исчерпывающей части колонны, атм;
‑ давление насыщенных паров тяжелого ключевого компонента при средней температуре в исчерпывающей части колонны, атм.
Коэффициенты летучести в укрепляющей и исчерпывающей частипервой колонны по формулам (41-42) соответственно равны:
.
.
Расчет минимального числа тарелок в укрепляющей части колонны ведется по формуле[5]:
|
|
(43)
Расчет минимального числа тарелок в исчерпывающей части колонныведется по формуле [5]:
(44)
Тогда минимальное число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей части первой колонны, рассчитанные по формулам (43-44), соответственно равны:
.
.
Общее минимальное число тарелок рассчитывается по формуле:
(45)
Общее минимальное число тарелокпо формуле (45) равно:
.
Расчет минимального числа тарелок для колонны К1-2 аналогичен и ведется по формулам (39-45), тогда , ,
Оптимизация флегмового числа колонны К1
Флегмовое число существенно влияет на размеры капитальных эксплуатационных затрат. Для оптимизации флегмового число вводится понятие коэффициента избытка флегмы:
(46)
(47)
Rопт=1,4·0,9803=1,37
Оптимизация флегмового числа осуществляется по методу Джиллиленда[5].Метод основан на минимизации капитальный затрат. Для расчета Джиллиленд предлагает использовать два вспомогательных комплекса Х и Y:
(48)
|
|
(49)
где X, Y – вспомогательные коэффициенты;
Rmin – минимальное флегмовое число;
Rопт – оптимальное флегмовое число.
Оптимальное число тарелок ведется по формуле:
(50)
.
Результаты расчета для других коэффициентов избытка орошенияпредставлены в таблице 17.
Таблица 17- Оптимизация флегмового числа для колонны К1-1
Коэффициент избытка флегмы β | Флегмовое число R | Мольная доля жидкости х | Мольная доля пара у | Число теоретических тарелок N | N(R+1) |
1,4 | 1,37 | 0,17 | 0,49 | 23,87 | 56,62 |
1,5 | 1,47 | 0,20 | 0,46 | 22,52 | 55,62 |
1,6 | 1,57 | 0,23 | 0,44 | 21,45 | 55,08 |
1,7 | 1,67 | 0,26 | 0,41 | 20,58 | 54,87 |
1,8 | 1,76 | 0,28 | 0,39 | 19,85 | 54,89 |
1,9 | 1,86 | 0,31 | 0,37 | 19,24 | 55,09 |
2 | 1,96 | 0,33 | 0,36 | 18,72 | 55,43 |
2,1 | 2,06 | 0,35 | 0,34 | 18,27 | 55,89 |
2,2 | 2,16 | 0,37 | 0,33 | 17,88 | 56,43 |
1,74 | 1,71 | 0,27 | 0,41 | 20,27 | 54,85 |
В данном случаи подбирается не минимум комплекса N(R+1), а подбирается такое значение флегмового числа, чтобы число реальных тарелок было равно числу тарелок на компоновке колонны. Оптимальное флегмовое число равно Rопт=1,71. Оптимальное число тарелок равно Nопт=20,27.Оптимальное число теоретических тарелок в укрепляющей части колонны рассчитывается по формуле:
|
|
(51)
Оптимальное число тарелок в исчерпывающей части колонны определяется по формуле:
(52)
Тогда оптимальное число тарелок в колонне К1-1рассчитанное по формулам (51-52) в укрепляющей и исчерпывающей части соответственно равны:
.
.
Действительное число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей части колонны рассчитывается по формуле:
, (53)
где Ƞ - КПД тарелки, принимаем клапанные тарелки с КПД = 0,75.
Действительное число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частиколонны К1-1 по формуле (53) соответственно равно:
,
.
Для получения целого значения округляем число до большего значения, получено целое значение действительного числа тарелок , NД=20,00+12,00=32,00 шт.
Аналогично оптимизируем флегмовое число в колонне К1-2, используя формулы (40-44). Данные приведены в таблице 18.
Таблица 18- Оптимизация флегмового числа для колонны К1-2.
Коэффициент избытка флегмы β | Флегмовое число R | Мольная доля жидкости х | Мольная доля пара у | Число теоретических тарелок N | N(R+1) |
1,1 | 8,95 | 0,08 | 0,57 | 13,00 | 129,28 |
1,4 | 11,39 | 0,26 | 0,41 | 9,13 | 113,07 |
1,7 | 13,83 | 0,38 | 0,32 | 7,82 | 116,00 |
2 | 16,27 | 0,47 | 0,27 | 7,16 | 123,57 |
2,3 | 18,71 | 0,54 | 0,23 | 6,75 | 132,98 |
2,6 | 21,15 | 0,59 | 0,20 | 6,47 | 143,30 |
2,9 | 23,58 | 0,63 | 0,18 | 6,27 | 154,14 |
3,2 | 26,02 | 0,66 | 0,16 | 6,12 | 165,31 |
3,5 | 28,46 | 0,69 | 0,14 | 6,00 | 176,70 |
4,9 | 39,87 | 0,78 | 0,10 | 5,66 | 231,42 |
|
|
Действительное число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей части второй колонны по формуле (53) соответственно равны , NД=6,00+2,00=8,00 шт.
Тепловой баланс колонны К1
Тепловой баланс процесса ректификации выглядит следующим образом:
,
где QF – количество тепла, поступившее с питанием, кВт;
QФ – количество тепла, поступившее с флегмой, кВт;
Qкип – количество тепла, поступившее из кипятильника, кВт;
QV – количество тепла, уходящего с парами верха колонны, кВт;
QW – количество тепла, уходящего с кубом, кВт;
QЛБКК - количество тепла, уходящего с легким бензином каталитического крекинга, кВт.
Количество тепла, образующееся жидким потокомвычисляется по формуле:
, (48)
где G – массовый расход, кг/ч;
h – энтальпия жидкости, кДж/кг.
Количество тепла, образующееся паровым потоком вычисляется по формуле:
, (49)
где Н – энтальпия пара, кДж/кг.
Расчет энтальпии жидкости ведется по формуле (6).
Энтальпия пара рассчитывается по формуле (8).
Относительная плотность жидкости определяется по выраженной из формулы (5) уравнением:
, (50)
где М – молярная масса, кг/кмоль.
Молярная массапотока рассчитывается по формуле:
(51)
где Gмас – массовый расход потока, кг/ч;
Gмол – мольный расход потока, кмоль/ч.
Результаты расчетов для колонны представлены в таблице 19.
Расчет теплового баланса для второй колонны производится по формулам (48-51), результаты представлены в таблице 19.
Расчет диаметра колонны К1
Укрепляющая часть колонны К1:
Плотность пара рассчитывается по формуле:
(54)
где Р – среднее давление в колонне, МПа;
t – средняя температура в сечении колонны, ºС;
Мср –средняя молярная масса смеси, кг/кмоль;
Р0 – давление газа при нормальных условиях, МПа.
Молярная масса потока рассчитывается по формуле:
(55)
где Fi,D – мольный расход i-го компонента в дистилляте колонны, кмоль/ч.
GD – массовый расход дистиллята, кг/ч.
По формуле (55) средняя молярная масса в колонне К1-1 равна:
кг/кмоль.
Плотность пара в колонне К1-1 по формуле (54) равна:
кг/м3.
Таблица 19–Тепловой баланс колонны К1
По- ток | Моляр- ная масса потока, кг/кмоль | Плот- ность жидкости, кг/м3 | Энталь- пия жидкос- ти, кДж/кг | Энтальпия пара, кДж/кг | Температу- ра, °С | Массовый расход, кг/ч | Коли- чест- во теп- ла, кВт |
Верх колонны | 64,23 | 0,582 | 271,02 | 619,09 | 112,41 | 120780,67 | 20770,66 |
Флегма | 64,70 | 0,584 | 199,46 | 565,48 | 85,23 | 117825,47 | 6528,07 |
ЛБКК | 75,69 | 0,624 | 319,34 | 652,04 | 134,15 | 41175,16 | 3652,44 |
Питание | 91,28 | 0,670 | 323,45 | 650,48 | 140,00 | 109183,00 | 9809,65 |
Куб | 110,99 | 0,716 | 583,54 | 853,40 | 237,86 | 65052,63 | 10544,75 |
Объемный расход пара находим по уравнению[5]:
(56)
Объемный расход пара для укрепляющей части колонны К1-1 по формуле (54) равен:
м3/ч=1,66м3/с.
Объемный расход жидкости находим по уравнению[5]:
(57)
где Rопт – оптимальное флегмовое число.
Согласно уравнению (55) объемный расход жидкости в колонне Кравен :
м3/ч.
Так как нагрузка велика, целесообразно выбрать клапанную двухпоточную тарелку. Для нее: k1 = 1,15; c2 = 4,0. Расстояние между тарелками – 600 мм, тогда с1 = 750.
Рассчитываем коэффициент λ по формуле[5]:
(58)
где L – жидкостная нагрузка, м3/ч;
Р – число потоков.
ρп – плотность пара, кг/м3.
V – объемный расход пара, м3/с.
Из формулы (5887) коэффициент λ для клоны К1равен:
Рассчитаем Сmax по формуле[5]:
(59)
где k1, c2 – коэффициенты, зависящие от типа тарелки;
с1 – коэффициент, зависящий от величины межтарельчатого расстояния.
Тогда по формуле (59):
Максимальная скорость паров рассчитывается по формуле Саудерса-Брауна[5]:
(60)
По формуле (58) максимальная скорость паров равна:
м/с.
Диаметр колонны рассчитывается по формуле[5]:
(61)
где V – объемный расход пара, м2/с;
ωmax – максимальная скорость паров, м/с.
Тогда диаметр укрепляющей части для колонны К1 по формуле (61) равен:
=2,66м.
Выбираем ближайший стандартный диаметр обечайки колонны равный 3,4м .
Исчерпывающая часть колонны К1-1:
Плотность пара в первой колонне рассчитывается по формуле (54):
кг/м3.
Объемный расход пара для исчерпывающей части первой колонны по формуле (58) равен:
м3/с.
Объемный расход жидкости для исчерпывающей части колонны согласно формуле (59):
м3/ч.
Рассчитываем λ по формуле (60):
Рассчитываем Сmaxпо формуле (61):
Максимальную скорость паров находим по формуле (62):
м/с.
Диаметр колонны рассчитываем по формуле (63):
м.
Выбираем ближайший стандартный диаметр обечайки колонны равный3,4 м.
Объемный расход пара для укрепляющей части колонны К1-2 по формуле (62) равен:
м3/ч=1,69 м3/с.
Объемный расход жидкости находим по уравнению[5]:
Согласно уравнению (64) объемный расход жидкости в колонне К равен :
м3/ч.
Так как нагрузка велика, целесообразно выбрать клапанную двухпоточную тарелку. Для нее: k1 = 1,15; c2 = 4,0. Расстояние между тарелками – 600 мм, тогда с1 = 750.
Рассчитываем коэффициент λ по формуле[5]:
Из формулы (65) коэффициент λ для клоны К1 равен:
Рассчитаем Сmax по формуле[5]:
(62)
где k1, c2 – коэффициенты, зависящие от типа тарелки;
с1 – коэффициент, зависящий от величины межтарельчатого расстояния.
Тогда по формуле (62):
Максимальная скорость паров рассчитывается по формуле Саудерса-Брауна[5]:
(63)
По формуле (63) максимальная скорость паров равна:
м/с.
Диаметр колонны рассчитывается по формуле[5]:
(64)
где V – объемный расход пара, м2/с;
ωmax – максимальная скорость паров, м/с.
Тогда диаметр укрепляющей части для колонны К1 по формуле (64) равен:
=2,6 м.
Выбираем ближайший стандартный диаметр обечайки колонны равный 3,0м .
Для укрепляющей и исчерпывающей частейколонны К1-2принимаем одинаковый диаметр 3,4 м.
Расчет высоты колонны К1
Расстояние между тарелками Нмт = 0,6 м.
Обычно принимается, что высота верха колонны равна: Нв = 1·D, где D – диаметр колонны, м.
м.
Также принимается, что высота куба колонны равна: Нк = 2·D, где D – диаметр колонны, м.
м.
Принимаем высоту опоры Но равной 3,0 м.
Таким образом, общая высота колонны составит:
(65)
где Nсек – число действительных тарелок в колонне, шт.;
N – число тарелок в секции, шт;
Нмт – расстояние между тарелками, м;
Нв – высота верха колонны, м;
Нк – высота кубовой части колонны, м;
Но – высота опоры колонны, м;
Согласно формуле (65):
м.
В результате расчета получены следующие характеристики ректификационной колонны:
- диаметр – 3,4 м;
- высота – 32,7 м;
- тип тарелок – двухпоточные клапанные;
- общее число тарелок – 38 шт.;
- расстояние между тарелками – 0,6 м.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 918; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!