Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 [ 81 ] 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

резей I должна быть близкой к высоте прорези h или превышать ее на величину 7, (см. рис. VII-16).

Вследствие наличия градиента уровня жидкости на тарелке А и одинакового перепада давления Др = р, - поток паров через разные участки тарелки будет различным. Колпачки, расположенные у приточной стороны тарелки, где слой жидкости выше на величину А, пропустят наименьшее количество паров, а колпачки, размещенные вблизи сливной перегородки, будут меньше погружены в слой жидкости и поэтому пропустят больше паров. По сравнению со средней паровой нагрузкой колпачков, соответствующей уровню жидкости на тарелке при градиенте Л/2, паровая нагрузка колпачков в местах поступления жидкости на тарелку или стока ее с тарелки должна изменяться на величину, обусловливающую эквивалентную величину сопротивления сухой тарелки (А/2)рд. Максимальная степень неравномерности по сравнению с работой средних колпачков определится из выражения

ДР1 ±Рж9

где и W - скорость паров (в паровых патрубках, прорезях и т.п.) соответственно при средней величине сопротивления тарелки и в месте поступления жидкости на тарелку или слива ее с тарелки; Др, - сопротивление сухой тарелки при средней скорости паров.

Из приведенного уравнения следует, что степень неравномерности паровой нагрузки отдельных сечений тарелки увеличивается при уменьшении сопротивления сухой тарелки Др, и увеличении градиента уровня жидкости Д. Значительная неравномерность распределения потока паров между отдельными колпачками наблюдается при большом количестве флегмы, большом диаметре тарелки, тесном расположении колпачков, наличии различных деталей (подвесок колпачков, траверс и т.п.), создающих дополнительные сопротивления течению жидкости по тарелке.

При расчете бесколпачковых и особенно клапанных прямоточных и струйных тарелок, т. е. для случая, когда энергия газа используется для продвижения жидкости по тарелке, градиент Д можно не принимать во внимание.

Расчет минимальной скорости паров в отверстиях тарелки. Для тарелок бесколпачкового типа с переливными устройствами (ситчатые, клапанные, струйные и др.) и размещением устройств для ввода пара в жидкость под уровнем жидкости и практически в одной плоскости с полотном тарелки всегда имеется свободное сечение, доступное для стока жидкости через отверстия для прохода пара. В этих случаях необходимо выполнять расчет минимальной скорости пара в отверстиях Wonmin. обеспечивающей отсутствие провала жидкости на нижележащую тарелку. Фактическая скорость пара в отверстиях тарелки Wo должна быть больше Von min при всех рабочих режимах тарелки (колонны). Нарушение этого условия приводит к протечке на нижележащую тарелку значительного количества жидкости, не проконтактировавшей с паром, в результате чего существенно снижается эффективность работы тарелки.

В момент прекращения провала жидкости часть свободного сечения отверстий т занята жидкостью, в результате чего скорость пара в отвер-

стиях возрастет до Won/(l ~ Значение х можно определить из выражения

где ц - коэффициент расхода при истечении жидкости через отверстие, ц = 0,62.

В момент прекращения провала жидкости гидравлическое сопротивление тарелки примерно равно сопротивлению слоя жидкости на тарелке, т.е.

Ар = д9ж(К + Kw)-

С учетом сделанных замечаний уравнение (VII.7) запишется в следующем виде:

(I + о, 5) 2n}<jm. + др + Л„ J + 0,5Арз

2(1-т)

Приравняв левые и правые части приведенных уравнений для Лр, получим

(I + 0,5) + gpJK + 0,5Лрз

2(1-т)

Откуда получим следующее выражение:

On.min

л/дРж(».+о»-)-Арз

(+0,5)р„

где Wq - скорость жидкости при ее истечении через отверстия тарелки в отсутствие потока газа, определяемая из уравнения, м/с

3600Fo

Ож - объемный расход жидкости на тарелке, м/ч; Fq - площадь свободного сечения контактных элементов, через которые происходит протечка жидкости, м.

Межтарельчатый унос жидкости. Максимальная скорость движения паров лимитируется величиной уноса жидкости потоком паров, зависящей от конструкции тарелки, характеризуемой долей зеркала барботажа \ в общем сечении колонны, от глубины барботажа, плотностей паров и жидкости, а также вязкости паров и поверхностного натяжения жидкости. Вынос жидкости в межтарельчатое пространство в основном зависит от скорости пара при выходе из слоя жидкости, которая определяется величиной зеркала барботажа. Чем меньше доля зеркала барботажа тем с большей скоростью выходят из слоя жидкости пары и тем самым растет величина уноса жидкости из слоя.

В зависимости от типа тарелки значение \г изменяется в следующих пределах для:

желобчатых колпачков....................................... 0,25 - 0,4

круглых колпачков............................................... 0,4 - 0,6

S-образных элементов........................................ 0,3-0,6

клапанных тарелок............................................... 0,6 - 0,8

ситчатых тарелок.................................................. 0,8 - 0,9

Значение относительного уноса для различных тарелок может быть найдено из обобщенного уравнения

где е - относительный унос жидкости паром, кг/кг; - скорость паров в свободном сечении колонны, равном полному ее сечению за вычетом сечения переливных устройств, м/с; г; - доля зеркала барботажа; - расстояние между тарелками, мм; к - коэффициент, учитывающий глубину барботажа, мм; и m - коэффициенты, учитывающие влияние физических свойств жидкой и паровой фаз на унос и определяемые по уравнениям:

U429

о Рж - Рп

I о Рж - Pi j

(VII.9) (VII. 10)

где о, Рж - соответственно поверхностное натяжение жидкости и ее плотность; Рп, Цп - соответственно плотность паров и их вязкость. Величины со пггрихом относятся к системе воздух - вода при 20 °С и 1013 гПа (760 мм рт. ст.).

При Я, < 400 мм А = 9,48-10 и л = 4,36.

При > 400 мм А = 0,159 и л = 0,95.

Для колпачковых тарелок коэффициент к может быть вычислен по уравнению:

к = 0,0521 (Ло -Н 7),

где ho - гидравлический затвор верхнего обреза прорезей колпачка, мм; 1 - величина открытия прорезей, мм.

Если производительность задана и флегмовое (паровое) число выбрано, высота и диаметр колонны в известной степени связаны между собой - увеличение высоты колонны позволяет уменьшить ее диаметр и наоборот. Этим обусловливается возможность повышения скорости паров за счет увеличения расстояния между тарелками. Оптимальная величина уноса, соответствующая минимальным затратам, может быть найдена из выражения

ео„ =(0,1.0,3,-,

(VII. И)

где г\ - эффективность (КПД) тарелки.

Оценка оптимальной величины уноса по уравнению (VII.И) показывает, что с точки зрения минимальных затрат целесообразна работа ректификационной колонны при сравнительно высокой величине уноса жидкости, равной примерно 0,2 - 0,3.

Расчет переливных устройств. Важнейшим элементом гидравлического расчета тарелки является определение размеров переливного устройства. К переливному устройству предъявляются следующие основные требования: перетекание заданного количества жидкости с тарелки на тарелку без захлебывания колонны; малое гидравлическое сопротивление; достаточная