Пропускная способность насадки и диаметр колонны

«ПС» это это удельная пропускная способность насадки или предельная паровая нагрузка, которую может пропустить без захлёбывания полная поперечная площадь колонны, заполненная этой насадкой, при бесконечном флегмовом числе ƒ = ∞ и при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. Очевидно, что ПС – характеристика конкретного вещества.

В промышленности её принято измерять в (кг/ч)/м². В домашней спиртовой ректификации мы пользуемся более удобным понятием удельной мощности насадки, измеряемой Вт/см², поскольку генерация пара в кубе производится ТЭНом, мощность которого легко определяется.

Оба показателя ПС эквивалентны, поскольку через теплоту испарения конкретного вещества они могут быть легко пересчитаны одна в другую. Так, для спирта, у которого теплота испарения r_96% = 920 кДж/кг получится

ПС [(кг/ч)/м²] = 39,13·ПС [Вт/см²].

Величина ПС для спиртовой колонны зависит от концентрации спирта в проходящем через неё паре. Минимальная величина ПС (при которой ещё может работать насадка в постоянном диаметре колонны) соответствует 96%-му спирту. Ниже будут приведены исключительно эти значения ПС_96%.

Пропускная способность насадки зависит не столько от её типа (внешнего вида), сколько от её характерного размера - для «Зульцера рулонного» это высота гофра на сетке, а для «спирально призматической» это диаметр описанной окружности спирали. Чем больше размер насадки, тем выше её пропускная способность.

Например, насадка «Зульцер рулонный» с высотой гофра 1 мм обладает пропускной способностью 100 Вт/см², она же при 2 мм - 175 Вт/см², и она же при 2,5 мм - 200 Вт/см² (или 7800 (кг/ч)/м²), а «спирально-призматическая» диаметром 3 мм – 90 Вт/см² и она же при 4 мм - 110 Вт/см² (или 4300 (кг/ч)/м²). (см. «Мне кажется, что моя колонна захлебывается ...»).

Увеличение ПС при увеличении характерного размера насадки обусловлено тем, что при этом возрастает её свободный объем, т.е. уменьшаются удельная масса [кг/л] и расход материала. И, как следствие, цена насадки любого типа должна уменьшаться с ростом её ПС!

Проверку ПС конкретной насадки легко провести на имеющейся у Вас колонне. Достаточно при работе колонны «самой на себя» (без отбора) определить мощность, при которой насадка захлёбывается и разделить величину этой мощности в [Вт] на площадь внутреннего сечения колонны в [см²]. Если в кубе был спирт, то получите ПС_спирта, а если вода, то ПС_воды, которая существенно больше спиртовой.

Диаметр ректификационной колонны

Внутренний диаметр ректификационной колонны выбирается (рассчитывается), исходя из желаемой производительности Р, пропускной способности насадки ПС_96% и планируемого флегмового числа ƒ при работе на колонне.

Если необходима колонна производительностью Р = 2 л/ч с флегмовым числом ƒ = 3, то (см. «главные режимные параметры»), для неё потребуется технологическая мощность W = 2 кВт.

Теперь, если выбрать какую либо насадку с известной пропускной способностью ПС_96%, то легко вычислить площадь внутреннего сечения такой колонны (с 10%-ным технологическиим запасом)

S_к = 1,1·W/ПС, см²

, где W[Вт], ПС[Вт/см²]

и её диаметр

D_к = (4·S_к/3.14)^1/2, см

В таблице, в качестве примера, приведены результаты расчетов возможных диаметров для всего ряда наших колонн. Из неё четко «вырисовываются» те решения, которые мы приняли.

	РУМ-1 W = 1 кВт, ƒ = 3, Р = 1 л/ч	РУМ-2 W = 2 кВт, ƒ = 3, Р = 2 л/ч	РУМ-3 W = 3 кВт, ƒ = 3, Р = 3 л/ч	РУМ-6 W = 6 кВт, ƒ = 3, Р = 6 л/ч	РУМ-10 W = 9 кВт, ƒ = 3, Р = 10 л/ч	РУМ-20 W = 18 кВт, ƒ = 3, Р = 20 л/ч
«ЗР» 2 мм ПС = 175 Вт/см²	D_к = 28,3 мм	D_к = 40,0 мм	D_к = 49,0 мм	D_к = 69,0 мм	D_к = 84,9 мм	D_к = 120,0 мм
«СП» 3х3 мм ПС = 90 Вт/см²	D_к = 39,5 мм	D_к = 55,8 мм	D_к = 68,3 мм	D_к = 99,7 мм	D_к = 118,4 мм	D_к = 167,4 мм

Чем выше ПС насадки - тем меньше диаметр колонны.

← пред.

В оглавление: Теория ректификации спирта

след. →