Диаметр колонны

Диаметр колонны рассчитывается по формуле (55):

, (55)

где V_сек – секундный объемный расход паров наверху колонны, м³/с;

ω - допустимая скорость паров в свободном поперечном сечении над верхней тарелкой колонны, м/с.

Объем паров наверху (над верхней укрепляющей тарелкой) колонны определяется по известной формуле (56):

, (56)

где z – коэффициент сжимаемости паров, определяемый по графику [22] в зависимости от приведенных температуры (Т_пр.) и давления (Р_пр.).

Знание состава паров (табл. 12) и критических констант компонентов (метан, ацетилен, водород, оксид углерода (II)) позволяет рассчитать критические константы для смеси по формулам (57) и (58):

(57)

=4,60 ∙0,9538+6,14 ∙0,0008+1,30 ∙0,0439+

+3,50 ∙0,0014=4,45 [МПа] (58)

Приведенные параметры рассчитаем по формулам (59) и (60):

Т_пр.=Т₁ / Т_кр.=139,6 / 183,68=0,76 (59)

Р_пр.=π ₁ / Р_кр.=0,697 / 4,45=0,16 (60)

По графику находим коэффициент сжимаемости z (0,16; 0,76) = 0,91.

Подставляем рассчитанные значения в формулу (56) и определяем объем паров:

[ ]

Максимально допустимая скорость паров в свободном сечении над верхней тарелкой колонны рассчитывается по формуле (61):

(61)

где С – коэффициент, определяемый из формулы (62):

С = 0,09 ∙ h_т ∙ С’, (62)

где h_т = 0,5 м – принятое расстояние между тарелками;

С’ – коэффициент, зависящий от поверхностного натяжения на границе «пар-жидкость» на верхней тарелке колонны, определяемый из графика [17].

Величина поверхностного натяжения определяется по формуле Этвиша (63):

(63)

где M_g1 – мольная масса орошения (табл. 12), стекающего с верхней тарелки, которая определяется по формуле (64), кг/кмоль:

M_g1 = 16,04∙0,9743+26,038∙0,0193+2∙0,0062+28,01∙0,0006=16,12 [кг/кмоль] (64)

ρ_ж – плотность этого орошения при температуре t₁ = -115,8 ^оС на верхней тарелке определяется по графику [22], кг/м³;

Т_кр – критическая температура орошения, К.

Знание состава орошения (табл. 12) и критических температур его компонентов позволяет рассчитать критическую температуру орошения по формуле (65):

[K] (65)

Подстановка найденных величин в формулу (63) дает:

[H/м]

Отложив на оси абсцисс числовое значение σ = 4,87∙10^-3 Н/м, найдем С’ = 0,8 [21].

Тогда, подставив в формулу (62), получим

С = 0,09 ∙ 0,5 ∙ 0,8 = 0,036

Плотность паров, уходящих с верхней тарелки, определим по формуле (66):

[ ] (66)

Подставив полученные значения в формулу (61), определим, что максимально допустимая скорость паров наверху колонны составит:

[м / c]

Диаметр колонны в ее верхнем поперечном сечении определим по формуле (55):

[м]

В соответствии с нормальным рядом диаметров по ГОСТ 9617-61 принимается диаметр колонны D = 2,0 м.

Объем паров под нижней отгонной тарелкой рассчитывается по формуле (67):

(67)

где z – коэффициент сжимаемости паров при t_R = -34,1^оС и давлении π_R = 0,757 МПа.

Критические параметры рассчитаем по формулам (68) и (69):

[K] (68)

[МПа] (69)

Тогда приведенная температура и давление по формулам (59) и (60) составят:

Т_пр.= Т_R / Т_кр. = 238,9 / 289,93 = 0,82

Р_пр.= π _R / Р_кр. = 0,757 / 5,02 = 0,15

По графику [22] находим коэффициент сжимаемости z (0,15; 0,82) = 0,93.

Объем паров по формуле (67) равен:

[ ]

Для определения максимально допустимой скорости паров под нижней отгонной тарелкой следует подготовить необходимые данные.

Поверхностное натяжение на границе «пар-жидкость» вычисляется по формуле Этвиша (70):

(70)

где ρ_ж – плотность остатка при температуре t_R = -34,1^оС, кг/м³;

Т_кр – критическая температура остатка, определяемая по формуле (71), К:

[K] (71)

Средняя молекулярная масса остатка колонны определяется по формуле (72):

М_R = =33,06 [кг/кмоль] (72)

Плотность остатка по графику равна ρ_ж = 544 кг/м³.

Тогда по формуле (70) получим:

[H/м]

Из графика [21] найдем C’=0,8.

Следовательно, подставив в формулу (62), получим:

С = 0,09 ∙ 0,5 ∙ 0,8 = 0,036.

Плотность паров орошения на выходе из кипятильника:

[кг/м³] (73)

Тогда по формуле (64) максимально допустимая скорость составит:

[ ]

Диаметр низа колонны по формуле (55) составляет:

[ ]

В соответствии с нормальным рядом диаметров по ГОСТ 9617-61 принимается диаметр колонны D = 3,2 м.