Файл: И. О. Фамилия Проектирование тарельчатой ректификационной колонны для разделения смеси метанол бензол.docx

H_c = H -h_п (3.10)

Примем межтарельчатое расстояние, для колонн диаметром 600 мм, Н=300 мм. Высота барботажного слоя , м:

h_п = h₀ / (1 – ) = 0,06905 / (1- 0,0538) = 0,07298 м.

Тогда, высота сепарационного пространства, м:

H_c = 0,3 – 0,07298 =0,227 м.

Относительный унос жидкости для ситчатых тарелок при соотношении /(mH_c)

/(mH_c) = 0,0468 / ( 0,008063 0,227) =25,57

ℓ = 2,9 кг/кг

Вычисли к.п.д. по Мерфи E_My:

B = (3.11)

В = = 6,02216

E’’_My= [(1+ -1] = 4,727

E’_My = = 0,463

E_My = = 0,00587

Зная эффективность по Мерфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелке y_k по соотношению

E_My = (y_k – y_н) / (y^* - y_н)

y_к = 0,33+0,00587(0,48-0,33) = 0,33081

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле

H_к = (N-1) h + H_мт + z_в + z_н (3.12)
где h - расстояние между тарелками, м; z_в и z_н - расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м. Примем значения z_в и z_н равными 0,6 м и 1,5 м соответственно.

Расстояние между тарелками h = 0,3 м. Люк-лаз рекомендуется располагать через каждые 5-10 тарелок.

В месте установки люка-лаза расстояние между тарелками установим равным 600 мм
H_к = (N-1) h + z_в + z_н (3.13)
H_к = (6,5-1) 0,3 + 0,6+ 1,5 =3,75 [м]
Примем расчетную высоту колонны равной 3,75 [м]

4. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

---

Расчет гидравлического сопротивления тарелок колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле:

(4.1)

где и – гидравлическое сопротивление тарелки верхней и нижней части колонны, Па. Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки определяется по формуле

(4.2)

где, ∆Рс - сопротивление сухой тарелки Па; ∆Рж - сопротивление слоя жидкости Па; ∆Р - сопротивление за счет поверхностного натяжения, Па. Сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки определяется по формуле

= (4.3)

где ξ - коэффициент сопротивления сухих тарелок для ситчатых тарелок; ρ_п - средняя плотность пара в среднем сечении для соответствующей части колонны, кг/м³ ; F_с -относительное свободное сечение тарелки в соответствии с таблицей 2, ОСТ 26-805-73,

F_с =0.06 0,28 = 0,0168 м²;

- действительная скорость пара для определенной части колонны, м/с.

Тогда сопротивление сухой тарелки, Па:

= = 1221,067 Па

Сопротивление слоя жидкости на тарелке определяется по формуле

= gh₀ (4.4)

где ρж - средняя плотность жидкости в среднем сечении соответствующей части колонны

---

, кг/м3 ;g – ускорение свободного падения, м/с2 ; h0 - высота барботажного слоя на тарелке, м.
= 9,81*836,26*0,06905 = 566,4666 Па

= 9,81*806,36*0,06905 = 546,2125 Па
Примем за расчетные значения поверхностного натяжения жидкости для верхней и нижней части колонны равным, Н/м:
_в = 23,83 10^-3 [Н/м]

_н = 19,38 10^-3 [Н/м]

Удельный расход жидкости на 1 м сливной перегородки для верхней части колонны, м ² /с:

= = = 31,77 Па

= = = 25,84 Па

Тогда полное сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны соответственно равно, Па:

= 1221,067 + 566,4666 + 31,77 = 1819,3036 Па

= 1221,067 + 546,2125 + 25,84 = 1793,1195 Па

Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны, Па:

= 1819,3036 * 2,2 + 1793,1195 * 3,3 = 9919, 76227 Па

5. Конструктивно – механический расчет

5.1 Выбор материала ректификационной колонны

Выбор определенной исполнительной марки стали, в соответствии с рекомендациями обусловлен специфическими условиями работы, и соответственно необходимостью удовлетворения выбранной маркой стали определенных критериев

---

, таких как хладостойкость, совместимость по агрессивности среды, доступность на рынке и сравнительная дешевизна. Материал для изготовления стальных сварных аппаратов должен быть химически и коррозионностойким в заданной среде, при рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а так же иметь низкую стоимость и высокую распространенность на рынке. Рабочая среда – смесь метанол – бензол обладает сильной коррозионной активностью. Годовой показатель коррозии низколегированных сталей в данной среде в соответствии с данными

В качестве исполнительной марки стали выбираем низколегированную низкоуглеродистую сталь. Поскольку проектируемая колонна будет размещена на открытой площадке в виду суровых климатических условий Сибирского региона необходимо изготовление колонны из холодостойской стали. В качестве исполнительной марски стали выбираем сталь 09Г2С рекомендуемую для изготовления сварной аппаратуры в химической, пищевой и других отраслях промышленности, при расчетной температуре от -70 до 300 °С. Сталь 09Г2С обладает коррозионной стойкостью в заданных условиях эксплуатации, дешевезной и доступностью на рынке, хорошей свариваемостью и хладостойкостью.

---

5.2 Выбор исполнительного типа крышки и днища

Сверху и снизу колонна оборудуется приварными крышкой и днищем. Крышка и днище является составными элементами корпуса колонны, органически связанна с ним и изготовляются из того же материала – сталь 09Г2С .

Выбор исполнительного типа крышки и днища о целесообразности использования элептической формы днища и крышки в вертикальных аппаратах колонного типа, с точки зрения восприятия давления столба жидкости в качестве исполнительного типа крышки и днища выбираем эллиптическую форму отличающуюся выгодными технико-экономическими показателями. Эллиптические днища изготавливают горячей штамповкой и могут применяться в аппаратах работающих под избыточным давлением до 10 МПа.

Для крышки и днища колонны используем стандартные эллиптические днища, штампованные из листового материала по ГОСТ 6533-88.

5.2 Расчет диаметров штуцеров

Штуцером называется устройство, служащее для присоединения аппарата к трубопроводу. Простейший штуцер состоит из патрубка и фланца.

Обеспечению герметичного соединения трубопроводов с эксплуатируемыми аппаратами призваны штуцера. В качестве исполнительного типа штуцера выбираем штуцера тип 1 исполнение 6 по АТК 24.218.06-90 используемые на условное давление от 1,6 МПа до 16 МПа и температуре от минус 70 до 600 °С, штуцера с фланцами стальными приварными встык.



1 - фланец по ГОСТ 12820; 2 - патрубок.

Рисунок 5.1 - Штуцер тип 1 исполнение 6 по АТК 24.218.06-90
В качестве исполнительного типа фланца выбираем фланец на условное давление 1,6 - 2,5 МПа по ГОСТ 12820 [27].



Рисунок 5.2 - Фланец плоский стальной приварной в стык по ГОСТ 12820 .
Расчёт штуцеров сводится к определению диаметра штуцера по уравнению:

d_шт = (5.1)

где V – объемный расход среды через штуцер, м³/с; – средняя скорость движения среды в штуцере, м/с.

Скорость движения среды в штуцере принимают ориентировочно в зависимости от того, каким образом организовано движение потока: самотеком или вынужденно (с помощью насоса). В связи с тем, что скорость движения принимается ориентировочно, можно принимать , можно принимать плотность флегмы равной плотности метанола, а плотность кубового остатка – плотность бензола

---