chemcad dest

7/25/2019 ChemCAD Dest

1/40

ChemCAD

i

destilacija


2/40

ChemCAD Destilacija

2

U priruniku o ChemCAD, destilaciji je posveeno cijelo poglavlje. Za simulacijudestilacije ChemCAD nudi etiri modela prorauna. Prvi je SHORTCUT model koji

koritenjem Fenske-Underwood-Gilliand-ove korelacije simulira jednostavnudestilacijsku kolonu i daje samo okvirne podatke o broju plitica, pojnoj plitici i

toplinskim dunostima kondezatora i grijaa. Simulacija se odvija prema bilancnimcjelinama standardnih rektofikacijskih kolona pokazanim na Slici 1. Takoer se nudei rigoroznije metode kao to su TOWER, TOWER+ i SCDS (Rigorous Simultaneous

Correction Disttilation) koje, svaka sa svojim specifinostima, daju podatke o samojdestilacijskoj koloni. Rigorozniji modeli mogu dati podatke kao to su: specifikacije

kondezatora, grijaa, pumpi, posuda, detaljni prorauni kolona "plitica po plitica"itd.

Prema bilannim cjelinama standardnih rektifikacijskih kolona:

Slika 1: Bilancne cjeline rektifikacijske kolone

UVOD


3/40

ChemCAD Destilacija

3

Kada se radi proraun destilacije ChemCAD-om obino se poinje saSHORTCUT modelom koji daje preliminarni broj plitica, pojnu pliticu i

preliminarne toplinske dunosti kondezatora i rebojlera. Ovaj model rauna brojplitica po Fenske-Underwood-Gilliand (F-U-G) korelaciji to donosi dosta veliku

mogunost pogreke, jer uzima u obzir razdvajanje samo na jednom stupnju. To jemodel za priblini proraun kolone

Analitiki izrazi za proraun kolone F-U-G korelacijama dani su slijedeimkorelacijama:

RASPODJELA KOMPONENTI U DESTILATU I OSTATKU(Yaws i suradnici)

TK

TK

x1

xlga

=

[ ] [ ]

LK

DLKLKBTKTK

lg

)x1/(x)x1/(xlgb

=

( ) ( )

iiii

i

iB,i

i

iD,i

iiibi

abi

aii

BB,DDB

Bx

D

Dx

DFB101/10FD

====

=+=

MINIMALNI BROJ TEORIJSKIH PLITICA ( Fenske)

Nmin = b

MINIMALNI OMJER PRETOKA (Underwood)


4/40

ChemCAD Destilacija

4

=

LK55,0

FTK

LK

BLK

TK

DTK

LK

x

x

x

x

x

xlgX

BROJ TEORIJSKIH PLITICA (Gilliland)

X = (R-Rmin) / (R+1)

Y = 0,696 +X [-1,57 + X (1,584 - 0,727)]

N = (Nmin +Y) / (1-Y)

POJNA PLITICA:

Nlg5,0

D

B

x

,x

x

x1

NN

206,02

D,TK

BLK

FLK

TK

F +

+

=

Odreivanje radnih uvjeta u koloni poinje izborom kondezatora i radnogtlaka. Fazno stanje destilata je obino unaprijed odreeno i prema tome odluuje se okondezatoru sa potpunim ili djelominim ukapljivanjem. Tlak u sabirniku kondezatatreba biti takav da osigura ukapljivanje para na temperaturi vioj nego to je

temperatura koja se moe postii rashladnom vodom ili zrakom. Radni tlak vrhakolone je tlak sabirnika uvean za pad tlaka kroz cijevni vod i kondezator, a tlak dnakolone je tlak vrha kolone uvean za pad tlaka kroz kolonu.

Odreivanjem tlakova i temperatura vrha i dna kolone definira se osnova zaprovedbu priblinog prorauna kolone. Mjerodavna temperatura vrha kolone jetemperatura rosita parne smjese koja naputa kolonu, a mjerodavna temperatura

dna kolone je temperatura vrelita ostatka uz odgovarajue vrijednosti tlaka vrha idna kolone.

Vrelite i rosite smjese definirane su jednadbama:

( ) 01xKF

Vf ii ==

01K

y

F

Vf

i

i =

=

Iz tih jednadbi mogu se dobiti osnovni podaci o promatranoj smjesi, tj.:

(Ki xi) < 1 smjesa je pothlaena kapljevina (Ki xi) = 1 smjesa je na temperaturi vrelita (zasiena kapljevina)

(Ki xi) > 1 smjesa je dvofazna ili zasiena para

1.1 Vrelite i rosite


5/40

ChemCAD Destilacija

5

1Ki

yi>

smjesa je dvofazna ili pothlaena kapljevina

1Ki

yi=

smjesa je na temperaturi rosita ( zasiena para )

1Kiyi


6/40

ChemCAD Destilacija

6

0

1FV)1K(

z

1F

V)1K(

Kz

lnF

Vg

ii

i

i

i

ii

=

+

+

=

zi - molni udio promatrane komponente u poetnoj smjesiKi - konstanta ravnotee para - kapljevina promatrane komponente

F - molni protok poetne smjese (pojenje)V - molni protok isparenog dijela poetne smjese

Sa izraunatim udjelom isparenog protoci i sastavi faza raunaju se iz:

FFVV =

L = F - V

1F

V)1K(

zx

i

ii

+

= yi = Kixi

Bez obzira da li K- vrijednosti ovise ili ne ovise o sastavu faza, funkcije se rjeavaju

iteracijski nekim od poznatih postupaka.

Dobra je praksa prije samog prorauna provjeriti da li je smjesa pri zadanom tlaku itemperaturi dvofazna. Kao kriterij moe posluiti vrijednost funkcije za (V/F) = 1 i

(V/F) = 0.

Vrijednost funkcije Stanje smjese

f(V/F) 0

f(V/F) 0 Smjesa je pregrijana para

Kada kapljevina odreenog tlaka i temperature proe kroz djelominozatvoreni ventil tlak joj naglo padne, to za posljedicu ima nastajanje pare bogate

lake hlapljivim komponentama. Tada osim protoka i sastava nepoznata je i

ravnotena temperatura. Da bi izraunali temperaturu potrebno je ukljuiti i bilancu

entalpije promatranog sistema. Pretpostavka je, da je promatrani sistem dobroizoliran (Q = 0) tako da entalpija pojenja mora biti jednaka sumi entalpija proizvoda

1.3 Adiabatsko ravnoteno is aravan e


7/40

ChemCAD Destilacija

7

tj:

hf= hv+ hl

ili u obliku prikladnom za proraun:

0hF

V1h

F

VhK

1F

V)1K(

z

F

V,TG f

ilvi

i

i =

+

+

=

gdje je:

T - temperatura, K

F - molni protok poeten smjese, kmol/hV - molni protok parne faze, kmol/hhf- molna entalpija pojne smjese, kJ/(kmol h)

hv - molna entalpije parne faze, kJ/(kmol h)

hl- molna entalpija kapljevite faze, kJ/(kmol h)

zi- molni udjeli komponenata u poetnoj smjesi

Ovo je primjer rjeavanja nelinearne jednadbe s dvije nepoznanice T i

(V/F), koji ne predstavlja problem, ako je utjecaj obadvije nepoznanice na bilancu

materijala i energije podjednak. Kada nije podjednak utjecaj, mora se primjeniti

sekvencijski postupak , tj. rjeavati dvije funkcije sa po jednom nepoznanicom. Pri

tome se veu ona funkcija i ona nepoznanica izmeu kojih postoji izrazita ovisnost.Kod adijabatskog ravnotenog isparavanja razlikuju se dva granina sluaja: smjeses uskim rasponom vrelita gdje funkcije u jednadbama bilance materijala i topline

glase: g( T, V/F = konst ) i G ( T = konst, V/F) te smjese sa irokim rasponom

vrelita s funkcijama g( T = konst, V/F) i G( T, V/F = konst). Ovisno o tome kakva

je smjesa primjenjuje se odgovarajui algoritam.Pri odreivanju poetnih vrijednosti za T i (V/F) dobre aproksimacije su:

( )vrel,lros,vvrel,lf

0 hh

hh

F

V

=

i

( )vrel,fros,f0

vrel,f0 TTF

VTT

+=

Toplinska dunost kondezatora i isparivaa destilacijskih kolona

Za kondezator s potpunim ukapljivanjem toplinska dunost rauna se iz toplinskebilance kondezatora:

Qk = D ( R+1) ( HV-HLD)


8/40

ChemCAD Destilacija

8

Za kondezator s djelominim ukapljivanjem, kada je destilat u parnoj fazi (postojimogunost i dva vrna proizvoda ), toplinska dunost kondezatora rauna se prema

jednadbi:

Qk= D [R ( HV- HLD) + D ( HV - HVD ) ]

gdje je:

D - molni protok destilata, kmol/h

HLD - molna entalpija destilata, kapljevina, kJ/kmol HVD - molna entalpija destilata, para, kJ/kmol

HV - molna entalpija vrnih para, kJ/kmol

R - radni omjer pretoka

Qc - toplinska dunost kondezatora, kJ/h

Toplinska dunost isparivaa rauna se iz toplinske bilance kolone.

Qr = Qk + D HD+ B HB- F HF

gdje je :

D - molni protok destilata, kmol/h

B - molni protok proizvoda dna., kmol/h

F - molni protok pojenja, kmol/h

HD molna entalpija destilata, kJ/kmol

HB- molna entalpija proizvoda dna, kJ/kmol

HF molna entalpija pojenja, kJ/kmol

Qk toplinska dunost kondenzatora, kJ/h

Qr toplinska dunost grijaa, kJ/h

Shortcut model koristi F-U-G -ove korelacije za simulaciju jednostavne destilacijske

kolone sa jednom ulaznom strujom i dvije struje produkata, vrh i dno kolone. U

ovom modelu moe se varirati omjer R/Rmin i vidjeti utjecaj na dimenzije kolone.

1.4.1 Definiranje parametara

Parametri se definiraju tako da se slijede stranice prikazane na ekranu.

Mode- postoje tri mogunosti odabira1. Rating F-U-G korelacija

2. Design F-U-G + pojna plitica jednadbom Fenske-a

3. Design F-U-G + pojna plitica jednadbom Kirkbride-a

1.4 Postu ak rorauna


9/40

ChemCAD Destilacija

9

Tip kondenzatora -postoje dvije mogunosti odabira0 Totalni kondezator. Destilat je kapljevina.

1 Parcijalni kondezator. Destilat je para.

Nakon odabira odgovarajueg "moda" ubacuju se slijedei podaci: tlak kolone, padtlaka kroz kolonu, redni broj lake kljune komponente, udio lake kljune

komponente, redni broj tee kljune komponente, udio tee kljune komponente,broj plitica, omjer refluksa, R / Rmin te za casesluaj broj toaka izmeu najnieg inajvieg omjera R/Rmin.

Ako se koji od podataka ne unese, program radi sa vlastitim "defaultom".

Na kraju su slijedee izraunate vrijednosti: Nmin, mjesto pojne plitice, toplinskudunost kondenzatora, toplinsku dunost rebojlera, minimalnu refluks i refluksni

omjer.

1.4.2 Topologija

SHOR je predvien za jedan ulaz pojne smjese i dva izlaza, prvi izlaz je destilat kaoprodukt vrha , a drugi izlaz je produkt dna.

TOWR je rigorozni model koji simulira proraun bilo koje koloneukljuujui destilacijske kolone, absorbere i stripere. Okvirni podaci koji sudobiveni SHORTCUT metodom unose se u rigorozniju metodu TOWR, kojom se

simulira rad same kolone sa izmenjivaima topline.

Rigorozniji model TOWR, koji radi proraun "pliticu po pliticu", gdje sepromatrana teorijska plitica opisuje tzv. MESH jednadbama (Mass - Equilibrium -

Sumation - entalpHy), daje tonije rezultate.MESH jednadbe su jednadbe bilance materijala, jednadbe ravnotea faza

za svaku komponentu, jednadbe sumiranja molnih udjela komponenti i jednadbe

bilance entalpije za svaku pliticu. Svaka teorijska plitica definirana je sa 2C+3

MESH jednadbi, odnosno kaskada od N teorijskih plitica definirana je potpuno sa

N(2C+3) jednadbi s jednakim brojem nepoznanica, a to su protoci i sastavi faza tetemperatura na svakoj plitici.

M E S H j e d n a d b e

Mi,j= Lj-1xi,j-1+Vj+1yi,j+1+Fjzi,j-(Lj+L'j) xi,j- (Vj+V'j) yi,j= 0

Ei,j= yi,j- Ki,jxi,j= 0

Sy,j= yi,j-1 = 0

Sx,j= xi,j- 1 = 0

2. TOWR model TOWR

2.1 Postu ak rorauna


10/40

ChemCAD Destilacija

10

Hj= Lj-1hL,j-1+Vj+1hV,j+1+Fj hF,j-(Lj+L'j) hL,j-(Vj+V'j) hV,j-Qj= 0

'

Ki,j= Ki,j(pj, Tj, xj, yj)

hv,j= hv,j(pj, Tj, yj)

hl,j=hl,j( pj, Tj, xj)

Shematski prikaz karakteristine teorijske plitice dan je na slijedeoj slici:

Slika 2.1: Ravnoteni stupanj jedne teorijske plitice

Kod TOWR modela maksimalno moe biti pet ulaznih struja i etiri izlazne struje.Podaci se unose tako da se slijede stranice prikazane na ekranu.

Konvergencija TOWR je obino bra od ostalih modela. Uvjeti za koritenje TOWRsu zadovoljavanje bar jednog od uvjeta:

1. Efikasnost tavana nije 1

2. Aminosistem MEA/DEA , konvergencija polagana3. TOWR zakae konvergenciju

2.1.1 Definiranje parametara

Tip kondezatora - selektira se jedan tip od ponuenih0 - potpuno ukapljivanje ili bez ukapljivanja

1 - djelomino ukapljivanje2 - potpuno ukapljivanje sa dekantiranjem vode

3 - djelomino ukapljivanje sa dekantiranjem vodeNakon odabira odgovarajueg tipa ukapljivaa mogu se unositi slijedei podaci:

temperatura pothlaivanja, tlak vrha kolone, pad tlaka kroz kondezator, pad tlaka

n

n - 1

n + 1

Fn,xF,n, hF,n

V`n,yi,n, hV,n

L`n,xi,n, hL,n

Ln-1xi,n-1

hL,n-1

Lnxi,nhL,n

Vnyi,n

hV,n

Vn+1yi,n+1hV,n+1


11/40

ChemCAD Destilacija

11

kroz kolonu, broj plitica ukljuujui kondezator i rebojler, pojne plitice koje se brojeod vrha prema dnu, izlazi produkata (ulazi su uvijek pozitivne vrijednosti, a izlazi

negativne vrijednosti) i treba odabrati opcije prema slijedeim specifikacijama (pozitivna se odnosi na paru, a negativna na kapljevinu).

1 ili -1 omjer struja

2 ili -2 molarni protok struje3 ili -3 molarni protok jedne komponente u struji

4 ili -4 molarni udio jedne komponente u struji

5 ili -5 volumni protok struje

6 ili -6 maseni protok struje

7 ili -7 maseni udio jedne komponente u struji

Primjer1:

TOWR 9 5 3-7-6

1st feed stage:3

2nd feed stage:10

3rd feed stage: 24Ova topologija znai da postoje tri ulazne struje (9,5 i 3). Struja 9 ulazi na plitici 3,struja 5 na plitici 10 i struja 3 na plitici 24. Struja 7 izlazi na vrhu kolone, a struja 6 je

dno kolone.

Primjer2:

TOWR 2 3 -4 -7 -9 -12

1st feed stage:5

2nd feed stage:15

1st side product stage:3

2nd side product stage:10

Ova topologija znai da struja 2 ulazi na plitici 5, struja 3 na plitici15, struja 4 jeprodukt vrha , struja 7 je produkt dna

Nije potrebno unositi sve podatke jer raunalo nakon pokretanja programajavlja upozorenja ili greke. Ako se javlja greka ona se mora ispraviti, a ako se radi o

upozorenju moe se reagirati, a i ne mora.

Slijedee podatke koje treba unijeti su specifikacije vezane uz bilancu materijala ienergije za raunanje toplinskih dunosti kondezatora i rebojlera. Parametri se unoseredom kako su navedeni na ekranu.

Specifikacije kondezatora

-1 ima kondezator

0 bez kondezatora

1 refluksni omjer

2 toplinska dunost kondezatora

3 temperatura destilata

4 ukupni molarni protok destilata

5 molarni protok jedne komponente u destilatu

6 molarni udio jedne komponente u destilatu

7 udio kljune komponente u destilatu

8

udio koliine pojne smjese u destilatu


12/40

ChemCAD Destilacija

12

9 omjer protoka dviju komponenata u destilatu

10 volumni protok destilata

11 maseni protok destilata

12 maseni udio jedne komponente u destilatu

15 molekularna teina destilata

16 API gustoa destilata17 volumni udio jedne komponente u destilatu

Specifikacije rebojlera

-1 ima rebojler

0 bez rebojlera

1 boil-up omjer V/B

2 toplinska dunost rebojlera

3 temperatura rebojlera

4 ukupni molarni protok dna

5 molarni protok jedne komponente u dnu

6 molarni udio jedne komponente u dnu7 udio kljune komponente u dnu8 udio koliine pojne smjese u dnu9 omjer protoka dviju komponenata u dnu

10 volumni protok dna

11 maseni protok dna

12 maseni udio jedne komponente u dnu

15 molekularna teina produkta dna

16 API gustoa produkta dna17 volumni udio jedne komponente u dnu

Specifikacije plitice

Ako su kondezator i rebojler specificirani to jest mode> 0 ne treba ubaciti broj plitica.

Specifikacija plitice je nuna samo kada je kondezator mode ili rebojler mode -1.

Postoje 22 mogunosti specifikacije plitice.

Slijedei podaci koji se mogu unositi su procijenjeni i konvergencijski parametri teizraunate vrijednosti. Procjenjeni parametri koji se mogu unositi su protok destilata,

protok refluksa, temperatura vrha, temperatura dna, temperatura na plitici 2 ( plitica 1

je u TOWR-u kondezator, a N plitica je rebojler) i protoci produkta.

Konvergencijski parametri koji se unose su: max.broj iteracija, damping faktor,tolerancija..... Izraunate vrijednosti su toplinska dunost kondezatora (negativnavrijednost) i rebojlera (pozitivna vrijednost).

2.1.2 Topologija

Plitice se broje od vrha prema dnu. Ulazne struje su pozitivni brojevi, dok su izlazne

struje negativni brojevi. Ulazne struje se uvijek unose od vrha prema dnu. Prva

izlazna struja je uvijek destilat, a druga izlazna struja je produkt dna. Ako kolona ima

djelomino ukapljivanje, para iz kondezatora e se tretirati kao destilat, a kapljevinae se tretirati kao prvi produkt.


13/40

ChemCAD Destilacija

13

Opaska: Slobodna voda koja se moe dekantirati iz kondezatora bilo sa djelominimukapljivanjem ili potpunim ukapljivanjem ne tretira se kao struja produkta.

Primjer: TOWR 1 4 -2 -5 -3 -7 -9

Ovako napisana topologija daje slijedee informacije: Kolona ima dvije ulazne struje1 i 4. Struja 2 je parni produkt iz kondezatora i struja 5 je kapljeviti produkt na dnu

kolone. Struja 3 je kapljeviti produkt iz kondezatora i to je prvi produkt, a struje 7 i 9su slijedei produkti.

TPLS je rigorozni model koji simulira proraun bilo koje kolone ukljuujuidestilacijske kolone, absorbere i stripere, zajedno sa bonim striperima, pumpama,izmjenjivaima i strujama produkata koji su dio same kolone. Striperi i pumpe su dioTPLS modela i rjeavaju se simultano zajedno sa glavnom kolonom kao prorauni

povratnih struja. TPLS model nudi razliite specifikacije, kao to su specifikacijakondezatora, rebojlera ili pojedine plitice. Zatim su tu slijedee specifikacije:,molarni protok, toplinska dunost, refluksni omjer, boil-up omjer, temperatura,

volumni protok, maseni protok, flash, V/L omjer, gustoa, molna masa, tlak para imnoge druge specifikacije. Konvergencija u ovome modelu je brza i stabilna.

Maksimalni broj ulaznih i izlaznih struja je 14. Voda koja se dakantira iz kondezatora

ili na nekom tavanu ne tretira se kao izlazna struja

SCDS je rigorozni model koji simulira proraun bilo koje kolone ukljuujuidestilacijske kolone, absorbere i stripere. Izmjenjivai i produkti na samoj stranikolone takoer mogu biti simulirani sa SCDS modelom. Moe biti pet ulaznih strujai etiri izlazne. Broj kolona na shematskom prikazu nije ogranien.SCDS model nudi slijedee specifikacije: ukupni molarni protok, toplinsku dunost,refluksni omjer, boil-up omjer, temperatura, molarni udio, iskoritenje,molarni protok

pojedine komponente i omjer dviju komponenata u produktu. Ovaj model moe

simulirati dvofazne i trofazne sisteme, te procese sa neidealnim K vrijednostima.

Simulacija traje due od TOWR metoda, osobito kada je ukljueno vie od 10komponenta.

Opaska: SCDS model je rigorozna metoda za simulaciju rada kolone. Proraun sebazira na ravnoteenom stupnju svake plitice koji je pokazan na Slici 2.1.

SCDS model se koristi kod trofazne destilacije kada postoje dvije kapljevite faze i

jedna parna faza. Trofazne destilacije su neidealni procesi za koje se preporuuje ovajmodel. Ovaj model moe simulirati i procese reaktivne destilacije gdje se reakcije

mogu definirati kao kinetike i/ili ravnotene u kapljevitoj i/ili parnoj fazi.

3. TOWER PLUS model TPLS

4. SCDS model Ri orous Simultaneous Correction Distillation


14/40

ChemCAD Destilacija

14

Proraun destilacijske kolone ovisi o vrsti kontaktnih ureaja koji se nalaze u

koloni. Danas najvei broj kolona ima sitaste ili ventilske plitice, dok se kolone sazvonima rjee upotrebljavaju. Kolone sa punilima polako potiskuju kolone sa

pliticama i sve ee se koriste struktuirana punila. Struktuirana punila se koriste prirekonstrukcijama, jer poveavaju kapacitet ili smanjuju utroak energije.Postoje opa pravila za izbor kontaktnih ureaja prema namjeni, tlakovima, veliinikolone i slino. Pravila su prikazana u Tablici 5.1.

Tablica 5.1: Opa pravila za izbor kontaktnih ureaja

Plitice Punila

sitaste ili

ventilske

zvonaste

nasuta sloena

Bezpreljeva

niski tlakovi, < 10 bara 2 1 2 3 0

visoki tlakovi, > 50% kritinog 3 2 2 0 2veliki raspon kapaciteta 2 3 1 2 0

mali protok kapljevine 1 3 1 2 0

sistemi koji se pjene 2 1 3 0 2

interno hlaenje kolone 2 3 1 0 1prisutnost vrstih tvari 2 1 1 0 3prljave ili polimerizirajue otopine 2 1 1 0 3vie pojenja i/ili proizvoda 3 3 1 0 2

veliki protoci kapljevine (skruberi) 2 1 3 0 3

kolone malog promjera 1 1 3 2 1

kolone promjera 1-3 m 3 2 2 2 2

kolone velikog promjera 3 1 2 1 2

korozivni fluidi 2 1 3 1 2

viskozne kapljevine (na Tvrelita) 2 1 3 0 1

malen pad tlaka 1 0 2 2 0

poveanje kapaciteta 2 0 2 3 2niska cijena 1 1 2 1 3

raspoloivi postupak za proraun 3 2 2 1 1

Znaenje: 0 ne treba primjenjivati 1 paljivo procijeniti2 obino se upotrebljava 3 najbolji izbor

Podaci s kojima treba raspolagati prije poetka prorauna su slijedei:1.

Optereenje plitice parom ili kapljevinom2. Minimalni kapacitet kolone

3. Namjena kolone

5. DIMENZIONIRANJE

5. 1 Plitice sa ventilima


15/40

ChemCAD Destilacija

15

Parametri koji utjeu na konani rezultat prorauna su faktor plavljenja, razmakmeu pliticama, faktor pjenjenja sistema i tip plitice.

5.1.1 Faktor plavljenja

Faktor plavljenja se izraava kao postotak plavljenja:

plavljenja%100plavljenjatookodparestrujanjabrzina

parestrujanjabrzina=

Slika 5.1: Stanje plavljenja

Plavljenje je stanje kada je pad tlaka na plitici toliki da je dinamika visinakapljevine na plitici jednaka razmaku izmeu plitica, Ts, plus visina pregrade. Tada jevisina kapljevine u preljevu tolika da kapljevina s gornje plitice ne moe otjecati u

preljev. Kada se to desi, kolona se napuni s kapljevinom i pjenom i postaje

neoperabilna

Kolone se dimenzioniraju tako da projektirani kapacitet ne bude vei od 80 %kapaciteta pri kojem dolazi do plavljenja kolone, a za kolone pod vakumom 75%.

5.1.2 Razmak meu pliticama

Za iroke kolone obino se uzima razmak izmeu plitica od 0,6 0,9 m pa i 1,2 m.Za kolone manjeg promjera obino se uzima razmak 0,45 m pa i manje. S obzirom dase sa poveanjem razmaka poveava i kapacitet kolone to se nakon zavretka

prorauna moe i mijenjati prvotno pretpostavljeni razmak izmeu plitica.

5.1.3 Faktor pjenjenja sistema

Faktor pjenjenja sistema karakterizira sistem s ozirom na pjenjenje. Pjenjenje

smanjuje djelotvornost plitica. Za pojedine sisteme faktori pjenjenja mogu se nai utablicama, a moe ih se procijeniti iz Fair-ove korelacije:


16/40

ChemCAD Destilacija

16

2,0

ps02,0

F

=

gdje je napetost povrine u N/m.

5.1.4 Koeficijent kapaciteta za paru, Fc

Koeficijent kapaciteta za paru ovisi o gustoi para i razmaku meu pliticama.ChemCAD koristi slijedee korelacije za koeficijente kapaciteta:

Za v > 0,17 lb/ ft3

Fc1= 0,54519 0,15655 log ( v ) 0,53091 (log v )20,33243 (log v )3

Fc2= 0,019136 Ts 0,00023248 (Ts)2 0,04182 (log v )-0,01293 (log v )2-0,018338 (log v )3

Fc0= min ( Fc1, Fc2)

Za v = 0,17 lb/ ft3

Fc3 = [(Ts)0,65( v )0,166]/12Fc0= min (Fc1, Fc2, Fc3)

gdje je: v = gustoa pare, lb/ft3

Ts = promjer tavana, inch

Vrijednost Fc0se mnoi sa faktorima sistema danim u Tablici 5.2.

Tablica 5.2: Faktori sistema

Sistemi Faktor

Sistemi bez pjenjenja 1,00

Sistemi s fluorom, BF3, Freon 0,90

Umjereno pjenjenje: uljni absorberi....... 0,85

Jako pjenjenje, aminski i glikol absorberi 0,73Veoma jako pjenjenje, MEK postrojenje 0,60

Stabilni sistemi, kaustini regeneratori 0,30

5.1.5 Optereenje plitice parom

21

gl

g

G g,QvV

= gdje je Qv,g = protok pare na plitici, ft3/s


17/40

ChemCAD Destilacija

17

5.1.6 Priblini promjer kolone

Priblini promjer kolone u ChemCAD- u za jedan ili dva prijelaza kaljevine odredi

sa Slike 5.2.

Minimalna aktivna povrina pliticeFFc

13000FPLGPMVAG

min,a +=

gdje je VG optereenje plitice parom, ft3/sGPM- volumni protok kapljevine, galon/ min

Aa,min- minimum aktivne povrine, ft2

Fc - faktor kapaciteta

F faktor plavljenja

FPL = 9 dt/ np gdje je: dt- priblini promjer kolone sa Slike 3

np broj prijelaza kapljevine na tavanu

Slika 5.2: Nomogram za odreivanje promjera kolone sa ventilskim pliticama


18/40

ChemCAD Destilacija

18

5.1.7 Minimalna povrina preljeva

Ad,min= GPM / vdF

vd brzina kapljevine u preljevu, gpm / ft2

Ad,min minimalna povrina preljeva, ft

2

Ako je povrina preljeva manja od 11 % aktivne povrine plitice tada se za povrinu

preljeva uzima manja vrijednost izraunata iz:

Ad,min= 0,11 Aa,minAd,min= 2 Aa,min

Brzina kapljevine u preljevu rauna se prema slijedeim jednadbama ovisno osistemima. Faktori sistema dani su u Tablici 5.2.

vd= 250 faktor sistemavd= 41 ( l- G)

0,5faktor sistemavd= 7,5 Ts

0,5 ( l- G)0,5faktor sistema

5.1.8 Minimalna povrina presjeka kolone, At,min

Uzima se vea vrijednost izraunata izrazima:

At,min= Aa,min+ 2 Ad,min

At,min = VG/ ( 0,78FcF )

5.1.9 Promjer kolone

dt= (At,min/ 0,7854)0,5

5.1.10 Dimenzije i povrine preljeva

Ako imamo kolone sa jednim preljevom, povrina preljeva se rauna u ChemCAD-upomou relacije:

Ad = AtAd,min / At,min

gdje je Ad- povrina preljeva, ft2

At povrina kolone, ft2

Povrine preljeva i faktori irine za plitice s vie prijelaza kapljevine dani su u Tablici

5.3.


19/40

ChemCAD Destilacija

19

Tablica 5.3: Povrine preljeva i faktori irine za plitice sa vie prijelaza kapljevine

Udio od ukupne povrine Faktor irine, WFBroj

prijelaza Ad1 Ad3 Ad5 Ad7 H3 H5 H7

2 0,5 svaki 1,00 - - 12,00 - -

3 0,31 - 0,69 - - 8,63 -4 0,21svaki 0,58 0,50svaki - 6,9 6,78svaki -

5 0,16 - 0,46 0,38 - 5,66 5,5

Za plitice sa veim brojem prijelaza kapljevine irina prijelaza se rauna iz jednadbe:

H1= WF Ad/ dt

gdje je : H1 irina preljeva, inch

Ad povrina preljeva, ft2

dt povrina presjeka kolone, ft2

Duljina toka kapljevine izrauna se iz:

p

7531ttk

n

H2H2HH2(d12l

+++=

np broj prijelaza kapljevine na plitici

5.1.9 Aktivna povrina plitice, Aa

Aa= At (2 Ad1+ Ad3 + 2 Ad5+2 Ad7)

1. Priblienje toki plavljenja

Priblienje toki plavljenja izraeno kao postotak od kapaciteta pri kojem dolazi doplavljenja kolone rauna se pomou jednadbi:

100FcA

1300FPLGPMV

plavljenja%a

G

+=

10078,0FcA

Vplavljenja%

t

G

=

Uzima se vea vrijednost. Prilikom provjere postojeih kolona za nove uvjete rada,posebno ako je povrina preljeva manja od potrebne, priblienje toki plavljenjarauna se iz:

5.1.10 Hidrauliki pokazatelji


20/40

ChemCAD Destilacija

20

625,0

LFdd

a

G 100

D13000

FPLvAFcA

Vplavljenja%

=

gdje je :

6,0

ddLF

GPM

vAD

= faktor optereenja kapljevinom

2.Pad tlaka

Pad tlaka suhe plitice ovisi o brzini strujanja pare i kapljevine, broju plitica, tipu,

gustoi metala, debljini ventila, te visini i duljini pregrade.

l

v2h1

l

mm vKt35,1p

+

=

l

v2h2vKp

=

gdje je:

p - pad tlaka suhe plitice, inch tekuinetm debljina ploica ventila ventila, inchm- gustoa metala lb/ft

3

K1,K2 koeficijenti pada tlaka

vh brzina strujanja pare kroz ventile, ft/sec

Vrijednosti koeficijenata pada tlaka, debljine ploica ventila i gustoe materijala danesu u Tablicama 5.4, 5.5 i 5.6.

Tablica 5.4: Koeficijenti pada tlaka

K2za ploicu debljineTipventila

K1

0,074 0,104 0,134 0,187 0,250

V- 1 0,2 1,18 0,95 0,86 0,67 0,61

V- 4 0,1 0,68 0,68 0,68 - -


21/40

ChemCAD Destilacija

21

Tablica 5.5: Podaci o materijalima za ploice ventila

Debljina ploice ventilagauge inch

MaterijalGustoalb / ft3

20 0,037 C. S. 490

18 0,050 S. S. 50016 0,060 Nikal 553

14 0,074 Monel 550

12 0,104 Titan 283

10 0,134 Hastelloy 560

Aluminij 168

Bakar 560

Olovo 708

Povrina otvora za raunanje brzine strujanja para vhrauna se iz:

Av= nv/ 78,5

gdje je: nv broj ventila na plitici

Av povrina otvora, ft2

Ukupni pad tlaka na plitici jednak je:

p = psuh+ 0,4 (gpm/ lpr)2/3+ 0,4 hpr

gdje je: lpr duljina pregrade, inch

hpr visina pregrade, inchp ukupni pad tlaka, inch tekuine

Konverzija tlaka u mmHg = (p, inch tek) l/ 33,3

Visina kapljevine u preljevu ne smije prijei 40 % razmaka izmeu plitica za paregustoe 50 kg/m3 i vee. Za pare gustoe ispod 15 kg/m3 maksimalna visinakapljevine u preljevu je 60% od razmaka izmeu plitica. Za pare gustoe izmeu 15 I50 kg/m3 visina kapljevine u preljevu na bi trebala prijei 50 % razmaka izmeu

plitica.

Visina kapljevine u preljevu rauna se iz izraza:

hld = hpr+ 0,4 (gpm/ lpr)2/3+ 0,4 hpr+ (ptavana+ hud) [l / (l -v)]

gdje je: hld visina kapljevine u preljevu, inch kapljevine

hud - pad tlaka u preljevu i rauna se kao 0,65 (vud)2

vud brzina kapljevine u preljevu, ft/s

hpr visina kapljevine u preljevu, inch

gpm volumni protok kapljevine, gal / min


22/40

ChemCAD Destilacija

22

Shematski prikaz plitice sa zvonima dan je na Slici 5.3.

Slika 5.3: Shematski prikaz plitice sa zvonima

Kod plitica sa zvonima postoji velika dodirna povrine izmeu pare ikapljevine radi visoke turbulencije izmeu tih dviju faza. Slika 5.3 ilustrira djelovanje

plitice sa zvonima u uvjetima stacionarnog stanja.

Parametri koji utjeu na konaan rezultat prorauna su slijedei.

5.2.1.Plavljenje kolone

ChemCAD koristi korelaciju Fair-a i Matthews-a za plavljenje zvonastih tavana, a

koja je dana na Slici 5.4.

Slika 5.4: Korelacije za plavljenje kolone sa zvonastim pliticama

5.2 Plitice sa zvonima


23/40

ChemCAD Destilacija

23

Korelacije vrijede u uvjetima:

1. Sistem se slabo pjeni ili je gotovo bez pjene

2. Visina pregrade je 15% razmaka izmeu plitica

3.

Povrina nastajanja mjehuria zauzima veinu povrine izmeu pregrada4. Povrinska napetost je 20 dyn/cm

Postupak prorauna je slijedei:1. Izrauna se faktor plavljenja Flv

l

vlv

W

wF

=

2. Odredi se parametar kapaciteta, Csbiz korelacije na gornjoj slici.

3. Podeavanje Csbza razliite povrinske napetosti prema korelaciji

( )2,0

20sb

sb

20C

C

=

gdje je: Csb parametar kapaciteta za povrinsku napetost u sistemu

(Csb) 20 parametar kapaciteta pri 20 dyn/cm

- povrinska napetost u sistemu, dyn/cm

4. Brzina strujanja pare pri toki plavljenja rauna se iz parametra kapaciteta

vj

v

nsb pp

p

uC =

gdje je: un brzina para raunata na neto povrini AnAn ukupna povrina minus dvostruka povrina preljeva

An= At 2 Ad

5.2.1 Povrina plitice i raspored zvona

Ukupna povrina plitice rauna se na temelju zadanog faktora plavljenja.

unPF = udes,n

gdje je: PF postotak plavljenja

udes,n brzina pare kod projektirane neto povrine, fps

Kada je izraunata aproksimativna povrina, ChemCAD e ju zaokruiti naslijedei vei promjer unutar pola ft. Raspored na plitici se zatim naini na temeljuomjera povrine preljeva i povrine sa zvonima koje je unio korisnik. Na temelju

raspoloive povrine s zvonima, rasporeda zvona (u trokutu ili kvadratni) veliinezvona, i koraka, ChemCAD rauna broj zvona i povrine otvora i proreza. Proraun

plavljenja se tada ponovi sa izraunatim dimenzijama plitice.


24/40

ChemCAD Destilacija

24

5.2.2 Odnoenje kapljica

Odnoenje kapljica je dio kapljevine koju para u obliku kapljica odnosi na pliticu

iznad. Korelacije za odnoenje kapljica dane su na Slici 5.5.

Slika 5.5 : Korelacije za odnoenje kapljica


25/40

ChemCAD Destilacija

25

5.2.3 Visina kapljevine iznad pregrade

Visina kapljevine iznad pregrade rauna se pomou Francis ove jednadbe.

32

w

owl

q48,0h

=

gdje je: q` - protok kapljevine, gpm

lw visina pregrade, inch

Kada se pregrada nalazi ispred segmentnog preljeva tada stijenka djeluje kao suenje

pri protoku kapljevine preko pregrade i potrebna je korekcija koja se uvodi u gornju

jednadbu.

32

wwow l

qF48,0h

=

gdje je Fw korekcijski faktor suenja i rauna se koristei jednadbu:

( )

( )

( ) ( )

( )( )

23

ww

2w3

w

2w

5.2w

FR

R1F

R1

485L

q

=

gdje je: Rw omjer duljine pregrade i promjera kolone

5.2.4 Hidrauliki gradijent kapljevine

Hidrauliki gradijent kapljevine nekorigiran za optereenje plitice parom dan jeslijedeom jednadbom:

( )[ ]cd

ccrr

rcsc0lr2cc

r

LC4,2

qR25.01NN1RhhN3

R25.01

21

2

N3

+=

++

++

gdje je:` - nekorigirani gradijent kapljevine, inchNr - broj redova zvona okomito na tok kapljevine.

Rrc - omjer razmaka izmeu cjevnih nosaa zvona i rzmaka izmeu zvonaq` - protok kapljevine, gpm

Lc - ukupna slobodna irina izmeu zvona okomito na tok kapljevine, inchRcc - omjer razmaka izmeu zvona na paralelnom prolazu i onih na kosom

prolazu

Cd - faktor gradijenta kapljevine iz Slike 5.6.


26/40

ChemCAD Destilacija

26

Slika 5.6: Faktor gradijenta kapljevine

Konani gradijent kapljevine se tada rauna: = Cv`

gdje je: - gradijent kapljevine, inchCv korekcijski faktor za optereenje plitice parom (Slika 5.7)

Slika 5.7: Korekcijski faktor za optereenje parom

5.2.5 Pad tlaka pare

Tri otpora strujanju uzrokuju pad tlaka pare.

ht= hcd+ hso+ hal

gdje je : hcd pad tlaka kroz suho zvono

hso pad tlaka kroz vlani prolaz

hal pad tlaka kroz aeriranu kapljevinu

Gubitak tlaka kroz suho zvono hcdrauna se iz jednadbe:


27/40

ChemCAD Destilacija

27

2

rl

vccd

A

qKh

=

gdje je : Kc koeficijent pada tlaka suhog zvona, - dan na Slici 5.8.

q protok pare ft3/s

Ar - ukupna povrina otvora za zvona na plitici, sq.ft.

Slika 5.8: Koeficijent pada tlaka suhog zvona

Pad tlaka kroz aeriranu kapljevinu rauna se iz jednadbe:hal=hds

gdje je faktor aeracije, a hdsje dinamiki zapor aerirane kapljevine

hds= hss+ how+ / 2Faktor je koreliran sa parametrom Fvapokazanim na donjoj jednadbi, a oita se saSlike 5.9.

vava uF =

gdje je: Fva parametar toka pare baziran na aktivnoj povrini, ftps

Slika 5.9: Faktor aeracije za plitice sa zvonima


28/40

ChemCAD Destilacija

28

Sitaste plitice mogu raditi u dva reima rada: reim s pjenom i reim sa

mlazovima. Kako e plitica raditi ovisi o optereenju plitice parom i kapljevinom teukupnoj povrini otvora na plitici, a sam reim rada ima utjecaj na djelotvornost

plitice. Prikaz rada jedne sitaste plitice dan je na Slici 5.10, a radno podruje sitastihplitica dano je shematski na Slici 5.11.

Slika 5.10: Shematski prikaz rada sitaste plitice

Slika 5.11: Radno podruje sitastih plitica

5.3 Sitaste litice


29/40

ChemCAD Destilacija

29

Krivulja AB na slici predstavlja granicu gdje volumni protok para nije

dovoljan da zadri kapljevinu na plitici pa dolazi do prokapljivanja kroz pliticu.

Krivulja AD je granica doputenog odnoenja kapljica u prostor izmeu pliticauslijed velikog protoka para i malog protoka kapljevine na plitici. U toki D pareodnose toliku koliinu kapljica u meuprostor i na gornju pliticu da dolazi do

plavljenja kolone. U toki B zbog prevelikog protoka kapljevine na plitici, a u tokiC zbog prevelikog protoka para u odnosu na kapljevinu dolazi do loe raspodjele

pare i kapljevine na pliticito ima za posljedicu pad djelotvornosti plitice.

Osnovni parametri za proraun su slijedei:

5.3.1 Faktor plavljenja

Poetni korak u dimenzioniranju sitastih plitica je odreivanje promjera kolone.Promjer je vezan na kapacite za paru i njegove gornju graninu toku toku poetka

plavljenja. ChemCAD rauna plavljenje za svaku pliticu. Rezultat prorauna je

kombinacija promjer kolone razmak izmeu plitica, koja se treba po potrebipodesiti u slijedeim proraunima.Prorauna plavljenja sitatstih plitica zapoinje raunanjem parametra protoka:

L

G

mG

mL

L

G

G

Llv

Q

Q

MV

MLF

=

=

gdje je: L - molni protok kapljevine, lbmol/h

ML - molna masa kapljevine

V - molni protok para, lb mol/h

MG - molna masa paraL - gustoa kapljevine, lb/ft3G - gustoa oara, lb/ft3QmL - maseni protok kapljevine, lb/h

QmG - maseniprotok para, lb/h

Ovaj parametar unosi u raun efekte protoka kapljevine na plitici, i u stvarnosti, jeomjer efekata kinetikih energija pare i kapljevine.

Koeficijent kapaciteta u toki plavljenja je definiran sa:

GL

Gnsb uC

=

Brzina para, un je raunata iz neto povrine plitice. Normalno je to razlika izmeuukupne povrine i povrine preljeva. Dodatne pregrade na plitici mogu smanjiti tu

povrinu. Npr. ako su ugraene pregrade protiv zapljuskavanja kod izlazne pregrade,tada je samo aktivna povrina raspoloiva i brzina je tada uaumjesto un.

FLVi Csbsu u ovisni o povrini otvora, razmaku izmeu plitica i povrinskoj napetostikapljevine. ChemCAD povezanost ta dva parametra oitava sa Slike 5.12.


30/40

ChemCAD Destilacija

30

Slika 5.12: Kapacitet plavljenja sitastih plitica ( = 20 dyn/cm)

Ova korelacija je temeljena na slijedeim pretpostavkama i ima slijedea ogranienja:1.

Otvori manjeg promjera od inch i omjer povrina otvora / aktivna povrina

najmanje 0,10.

2. Visina pregrade je manja od 15% od razmaka izmeu plitica. Vie pregradeznaajno mjenjaju koeficijent kapaciteta pare oitan iz slike.

3. Sistem je slabo pjenei do nepjenei. Ako je prisutno pjenjenje, stvarni kapacitetmoe biti 75% ili manje od kapaciteta oitanog iz grafa.

Za omjere povrina otvora / aktivna povrina plitice manje od 0,10 granice plavljenja

se smanjuju na slijedei nain:

povrina otvora / aktivna povrina redukcijski faktor za Csb

0,100,080,06

1,000,900,80

Prema tome brzina para kod plavljenja se rauna na slijedei nain:

2/1

G

GLsbplavljenja,n Cu

=

sa Csb oitanim iz Slike 5.12 i korigiranim za napetost povrine:

( )2.0

20sbsb20

CC

= =

uz ostale korekcije spomenute ranije.

Nakon to je izraunata granina brzina para u toki plavljenja, projektant trebaodluiti o nainu sigurnog pristupa tim uvjetima. Ovaj pristup, ili postotak plavljenja

je definiran kako slijedi:


31/40

ChemCAD Destilacija

31

tnotankonsV

L100

u

uplavljenja%

plavljenja,n

projektni,n==

5.3.2 Odnoenje kapljica

Udio odnoenja, , definiran je jednadbom:

+=

1E1

1

E

E

mvmv

a

Kada je odnoenje jako malo ili ga nema tada: 0 i Ea Emv. Kada jedostignuta toka plavljenja odnoenjem tada: 1.0 i Ea0.0.Grafika korelacija za procjenu odnoenja je dana na Slici 5.12. Korelacija koja jetemeljena na radovima nekoliko istraivaa reproducira eksperimentalne podatke stonosti unutar 20 %.

Slika 5.12: Grafika korelacija za procjenu odnoenja

5.3.3 Curenje

Odnoenje kapljica pretstavlja gornju granicu rada plitice, poveano curenjekapljevine kroz perforacije pretstavlja donju granicu rada plitice. Protjecanje

kapljevine kroz perforacije na plitici do nekog iznosa je prisutno kod svih protoka

pare, ali kada je protok pare smanjen curenje postaje znatno u toki curenja.Kada se protok pare smanji ispod toke curenja, poinje znaajno curenje. Dolazi do

pada djelotvornosti tako da je odvajanje katkada i nemogue.Korelacije koje koristi ChemCAD su temeljene na mjerenjima ili praenjem tokecurenja. Eksperimentalni podaci, esto, nisu toni i ne mogu pokazati razliku izmeunormalnog curenja i curenja u toki curenja. Ako je plitica dimenzionirana zauvjete minimalnog protoka koji je dobiven iz korelacije za toku curenja, nii protokuz odgovarajui prijenos mase moe se odrati samo ako je relativni protokkapljevine visok.

ChemCAD koristi Sliku 5.13 da se dobije gruba procjena donje radne garnice sitastih

plitica.


32/40

ChemCAD Destilacija

32

Slika 5.13: Gruba procjena donje radne granice sitastih plitica

hh+ hhLo

hL= hLo/

gdje je: Hw = visina pregrade, inch

how = visina kapljevine iznad pregrade, inch

hh = pad tlaka uslijed protoka pare kroz otvore, inch

h = pad tlaka uslijed stvaranja mjehurova, in

hLo = ekvivalentna visina iste kapljevine na izlazu sa plitice

5.3.4 Visina kapljevine iznad pregrade

Proraun te visine za sitaste plitice je isti kao i za plitice sa zvonima.

5.3.5 Pad tlaka pare

Ukupni pad tlaka pare od jedne plitice do druge ima veliinu koja se moe oitati izdiferencijalnog manometra s prikljucima na parnom prostoru dvije susjedne plitice.

Obino se pad tlaka promatra kao da se sastoji dva otpora:1. pad tlaka kroz otvore na plitici (pad tlaka suhe plitice)

2. pad tlaka uslijed hidrostatskog tlaka aerirane kapljevine na plitici.

Ovaj pristup veoma pojednostavljuje stvarna fizika zbivanja, ali je prikladan ipouzdan kod dimenzioniranja.

1. Pad tlaka suhe plitice

Proraun pada tlaka kroz otvore na plitici, pad tlaka suhe plitice, temelji se najednostavnom proraunu prigunice:


33/40

ChemCAD Destilacija

33

2/1

G

hLvoh

12

hg2Cu

=

koji se moe preurediti za direktno raunanje pada tlaka suhe plitice:

2

vo

h

L

G

L2vo

G2h

hC

u186.0

Cg

u6h

=

=

Leibsonova, Kelleyeva i Bullingtonova korelacija na Slici 5.15 se koristi za raunanjekoeficijenta protoka prigunice Cvo.

Slika 5.15: Koeficijent protoka otvora na sitastim pliticama

Kada je odnoenje znatno (> 0.10) dvofazni efekt poveava pad tlaka kroz otvore.Korekcija se radi kao i kod dvofaznog toka gdje je parna faza kontinuirana:

0.1X15h

h

suho,h

mokro,h+=

gdje je:

lvF1

X

=

gdje je: = udio odnoenja kapljicaFlv = parametar protoka izraunat ranije.

2. Pad tlaka kroz aeriranu kapljevinu

Pad tlaka iznad ploe plitice ukljuuje pad tlaka za stvaranje mjehura (pad tlaka radinapetosti povrine h), pad tlaka pri strujanju kroz aeriranu masu i pad tlaka za


34/40

ChemCAD Destilacija

34

savlaivanje statikog tlaka pare. U praksi statiki tlak pare se zanemaruje, osim akogustoa pare nije velika u odnosu na gustou kapljevine. Ostali gubici su grupiranizajedno i korelirani pomou faktora aeracije .

( )owwl hhh +=

gdje je: (hw+ how) - radni zapor kapljevine na pregradi plitice izraen kao visina

stupca iste kapljevine .

lan hl pretstavlja hidrostatski tlak koji se moe mjeriti manometrom s mjernimmjestom na povrini plitice.

ChemCAD rauna pomou korelacije Fossa i Gerstera na Slici 5.16.

Slika 5.16: Faktor aeracije za sitaste plitice

gdje je: Fva = korelacijski faktor za aeraciju

ua = brzina para zaunata s aktivnom povrinom plitice, ft/sec

Ukupni pad tlaka Ukupni pad tlaka na plitici se rauna iz:

ht= hh+ (Hw+ how)

Postupak za raunanje pada tlaka koji je ovdje izloen pokazao se je pozdanim zadimenzioniranje komercijalnih kolona sa sitastim pliticama. Usporeenjem sliteraturnim podacima, postupak se slae s publiciranim podacima nekoliko autora

unitar 15 %.

5.3.6 Gradijant kapljevine

Razlika tlaka potrebna za kretanje aerirane kapljevine preko plitice naziva se

gradijent kapljevinee. Opi kriterij za odsustvo potekoa s gradijentom (tj. stabilnostplitice) je uzet iz postupka za plitice sa zvonima:

(hLi hLo) < 0.5 hh

gdje je: (hLi hLo) = HLhidrauliki gradijent kapljevine

U ChemCAD-u je taj gradient koreliran kao lan faktora trenja:


35/40

ChemCAD Destilacija

35

f2f

Lf

Lu

HRg12f

=

a faktor trenja je koreliran s Reynoldsovom znaajkom:

L

Lff

f

uRRe

=

gdje je: Rf - hidrauliki radius aerirane kapljevine, definiran kako slijedi:

( )ffff

fD12h2

DhR

=

Df - aritmetika sredina promjera kolone, DT, i duljine pregrade, Lw.

Brzina aerirane kapljevine je ista kao i iste kapljevine:

ff

vL

ff

vLf

Dh

Q12

Dh

Q12u =

=

Relacija izmeu f i Rehje dana na Slici 5.17.

Slika 5.17: Faktor trenja za protok aerirane kapljevine preko sitaste plitice

5.3.7 Dinamika preljeva

Visina kapljevine u preljevu rauna se tlaka pokazane u jednadbi:

hdc= ht+ Hw+ how+ HL+ hda

Treba rei da je hdcdan u visini stupca iste kapljevine.Vrijeme zadravanja u preljevu je tada:

vL

dcd

dcQ

12

hA

t

=

gdje je: Ad - povrina ispod preliva

QvL - protoka kapljevine,gpm


36/40

ChemCAD Destilacija

36

Pri izboru punila treba voditi rauna o karakteristikama punila i radnimuvjetima ( tlak, temperatura, korozija). Kao vodi pri izboru punila mogu posluiti

slijedee napomene:- kod jako korozivnih medija ne koriste se metalna punila

-

plastina punila su lomljiva pri duljoj upotrebi- kod izbora plastinih punila treba obratiti panju na radnu temperaturu- keramika punila se koriste za visoke temperature i korozivne medije

Na Slikama 5.18 i 5.19 dana su punila koja se mogu koristiti.

Slika 5.18: Nasipna punila Slika 5.19: Struktuirano punilo

Ako je nainjen strogi proraun destilacijske kolone ChemCAD e izraunati ilipromjer ili pad tlaka za kolonu s punilom.

5.4.1 Sherwood-Eckertova korelacijaZa proraun promjera ili pada tlaka koristi se ili Sherwood-Eckertova

korelacija dana na Slici 5.20 za kolone s nasutim punilom ili Mackowiakova

korelacija za kolone s nasutim punilom i kolone s strukturiranim punilom.

Slika 5.20: Sherwood-Eckertova korelacija za kolone s nasutim punilom

5.4 Kolone s unilima


37/40

ChemCAD Destilacija

37

Oznake na Slici 5.20 su:

Gp = optereenje punila parom, lb/(ft2sec)

Lp = optereenje punila kapljevinom, lb/(ft2sec)

Fp = faktor punila

G = gustoa para, lb/ft3

L = gustoa kapljevine, lb/ft3L = viskoznost kapljevine, mPa sec

Za proraun s nasutim punilom preporuuju se faktori punila iz Tablice 5.6

Tablica 5.6: Faktori punila za nasuta punila

Nominalna veliina punila, inchPunilo Materijal

1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 11.2

51.5 2 3 3.5

IMPT metal 51 40 24 18 12

Hy-Pak metal 45 29 26 16

Super

intalox

sedla

keramika 60 30

Super

intalox

sedla

plastika 40 40 28 18

Pall

prstenoviplastika 75 55 40 26 17

Pall

prstenovi

metal 70 56 40 27 22 18

Intalox

sedlakeramika 725 330 200 145 92 52 40 37

Rashig

prstenovikeramika

160

0

100

0580 380 255 155 95 65 37

Rashig

prstenovi

1/32

metal700 390 300 170 155 115 93

Rashig

prstenovi

1/16

metal410 300 220 144 93 62 32

Berlova

sedla keramika900 240 170 110 65 45

5.4.2 Mackowiakova korelacija za kolone s punilom

Mackowiak je izveo korelaciju za plavljenje na temelju modela odnoenja

kapljica i zadraja kapljevine. Korelacije je primjenjiva i na nasuta i na strukturirana

punila i ima dobru teoretsku podlogu. Model je verificiran s mjerenjima na oko 100

razliitih tipova nasutih punila, metalnih, keramikih i plastinih s promjerom izmeu8 i 90 mm, punila iz korugiranog lima i mreica u irokom podruju optereenja

parom i kapljevinom. Koriteno je oko 650 literaturnih podataka uz vlastite autorove

podatke. Srednja peosjena greka pri odreivanje brizine para u toki plavljenja jebila manja od 5%.


38/40

ChemCAD Destilacija

38

Procjena uvjeta plavljenja iz Mackowiakove korelacije je obino tonija i nasigurnoj strani od procjene iz korelacije Sherwooda i Eckerta. Tokom niza godina

Sherwood-Eckertova korelacija je bila standard u industriji za procjenu tokeplavljenja i pada tlaka kolona s punilom. Meutim, nekoliko studija (Bolles i Fair,Kister i Gill) je pokazalo da Sherwood Eckertova korelacija daje optimistike

procjene za sve osim malih suvrenenih punila. Bolles i Fair su zakljuili da Eckertovagrafika korelacija, koja vrijedi za sistem zrak / voda, nije pogodna ra rektifikacijskekolone. Izraunate brzine para u toki plavljenja su do 50 % vie od onih mjerenih ueksperimentima.

FIzika svojstva za sisteme koritene za ocjenu radnih parametara i geometrijskihpodataka za Mackowiakovu korelaciju variraju unutar slijedeih podruja:

14

0.03

660

6.5

0.20.3

54

0.63

0.008

2

chemcad dest

Documents