6.1 Скорость пара и диаметр колонны

Насадочные колоны могут работать в различных гидродинамических режимах: плёночном, подвисания и эмульгирования. Выберем полёночный режим работы колоны.

Расчет ректиификационной колоны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колоны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа и размеров насадкок.

Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20-30% ниже скорости захлебывания.

Предельную фиктивную скорость пара при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по формуле

, (6.1)

где и - средние плотности жидкости и пара [1] , кг/м;

- вязкость жидкой смеси, мПа·с;

- удельная поверхность, м2/м3;

-свободный объем, м3/м3.

Поскольку отношения L/G и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости захлебывания для каждой части отдельно. Найдем плотности жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них и . Средние температуры паров определим по диаграмме t-х,y (приложение А) по средним составам фаз =57,6°С и =70,8°С.

Тогда

, (6.2)

.

Отсюда получаем

кг/м,

кг/м.

Плотность физических смесей жидкости подчиняется закону аддитивности

. (6.3)

Получаем

,

кг/м,

где и - плотность смеси в верхней и нижней частях соответственно [1], кг/м.

Вязкость жидких смесей находим по формуле

lg = xcplgв + (1-xcp)lgx, (6.4)

где в и x- вязкости жидких метанола и бензола при температуре смеси [1], мПа·с.

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна

lgв = 0,55•lg0,361+(1-0,55)lg0,401 = -0,422,

lgн = 0,175•lg0,315+(1-0,175)lg0,347 = -0,467.

Откуда

µxв = 0,378мПа·с,

µxн = 0,341мПа·с.

Для выбранной насадки, т.е. колец Рашига мм [5]:

Удельная поверхность а = 90 м2/м3;

Свободный объём е?= 0,785 м3/м3;

Эквивалентный диаметр =0,035м;

Насыпная плотность 530 кг/м3.

Предельная скорость паров в верхней части колонны

.

Откуда

=2,589м/с.

Предельная скорость паров в нижней части колонны

.

Откуда

=1,745м/с.

Примем рабочую скорость на 30% ниже предельной

=м/с.

м/с.

Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода

. (6.5)

Отсюда диаметры верхней и нижней частей колонны равны соответственно

м,

м.

Принимаем стандартный диаметр обечайки для верхней и нижней части равным 1м, При этом действительные рабочие скорости паров в колонне равны

=м/с,

м/с,

что составляет соответственно 42 и 46% от предельных скоростей.