5 Конструкція ректифікаційної колони

5.1 Загальний вид колони

Рис 5.1 Ректифікаційна колона з тарілками

А – конструкція колони; Б – конструкція тарілки ковпачкової;

Потоки: А - введення початкової суміші; Б - відведення пари; В - введення флегми; Г - відведення кубової рідини у випарник; Д - введення пари з випарника; Е - злив рідини;

Будова: 1 - опора; 2 - корпус колони; 3 - днище; 4 - кришка; 5 - тарілка ковпачкові з сегментним переливом; 6 - тарілка напівглуха; 7 - люк - лаз; 8 - полотно тарілки; 9 - ковпачок капсульний; 10 - паровий патрубок; 11 - переливна планка.

Рис 5.2 Схематичне зображення потоків у колонні

Тарільчасті колони мають на своїх тарілках різноманітні переливні пристрої, які можуть бути у вигляді труб, сегментів або жолобів. Головна роль цих пристроїв полягає в управлінні рухом рідини на тарілці, підтримці рівня рідини та переливі з верхніх тарілок на нижні, а також у створенні гідрозатвору для запобігання проходженню газу поза контактними елементами тарілки. У колонах зі зворотним тіканням переливні пристрої не використовуються, а перемішування між фазами відбувається при контакті рідинних крапель та падаючих газових струменів у вертикальному газовому потоці. [5] [6]

Ректифікаційні колони не є типовими пристроями.

Діаметр колони тарілчастого типу визначається на основі рівняння витрати по формулі 4.1. Швидкість газу у вільному перерізі тарілчастої колони визначають залежно від типу контактного пристрою і з урахуванням відстані між тарілками.

Число теоретичних тарілок ректифікаційної колони визначають на основі графічних побудов, виконуваних на фазовій діаграмі рівноваги бінарної системи в координатах У-Х, з урахуванням положення рівноважної і робочої лінії процесу.

Теоретичне число тарілок ректифікаційної колони знаходять як число ступенів зміни концентрацій ЛКК в паровій і рідкій фазах між рівноважною і робочою лінією процесу. Метод розрахунку "від тарілки до тарілки" заснований на послідовному визначенні складів пари і рідини на тарілках колони з використанням рівнянь рівноваги, робочої лінії і теплового балансу для кожного локального перерізу колони. Цей метод розрахунку звичайно розглядають як еталонний.

Практичне число тарілок знаходять з урахуванням к.к.д. тарілок по необхідності.

де η - коефіцієнт корисної дії тарілки.

Висота тарілчастої частини колони рівна

де h_мт - відстань між тарілками, м.

Повна висота тарілчастої колони рівна

де h_нр - висота шару рідини в низу колони; h_нс - висота сепараційного простору в нижній секції колони; h_пс - висота сепараційного простору в середній частині колони; h_вс - висота сепараційної зони зверху колони. [9]

5.2 Послідовність розрахунку колони

Початковими даними для розрахунку ректифікаційної колони є: компонентний і концентраційний склад початкової суміші, продуктивність колони, склад продуктів розділення (ступінь видобування компонентів), тиск і температурний режим роботи колони.

Визначуваними величинами є: витрата і склад продуктів розділення; матеріальні і теплові потоки в колоні (внутрішні і зовнішні); визначення числа теоретичних і практичних тарілок залежно від типу контактних пристроїв; розрахунок діаметрів і висоти окремих частин і колони в цілому.

Розрахунок ректифікаційної колони умовно ділять на дві частини: технологічний розрахунок з метою визначення параметрів процесу і числа теоретичних тарілок; гідравлічний розрахунок з метою визначення типу, конструктивних розмірів контактних елементів і розмірів колони.

Технологічний розрахунок колони виконують в такій послідовності:

1. вибір схеми колони, визначення робочого тиску і температурного режиму в колоні, способів підведення і відведення тепла;

2. складання матеріальних балансів по зовнішньому контуру і визначення масових витрат продуктів;

3. визначення флегмового числа і розрахунок внутрішніх матеріальних потоків в колоні;

4. складання теплового балансу колони і розрахунок витрати гріючої пари;

5. визначення числа теоретичних тарілок колони.

Конструкторсько-гідравлічний розрахунок колони включає такі етапи:

1. вибір типу тарілок і відстані між тарілками;

2. визначення допустимої швидкості пари в колоні і попереднє визначення діаметру колони;

3. уточнення діаметру колони, визначення і вибір розмірів конструктивних елементів тарілки, уточнення швидкостей руху потоків пари і рідини;

4. визначення параметрів роботи колони при мінімальних і максимально допустимих навантаженнях;

5. визначення ефективності роботи тарілки і числа реальних тарілок;

6. розрахунок гідравлічного опору колони;

7. визначення висоти колони. [10]