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: 249;