Ректификационная установка.
Материальный баланс колонны и определение рабочего флегмового числа
Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку определяем из уравнений материального баланса колонны: (1) Откуда находим: , . Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа ; его оптимальное значение можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) , равного отношению , где минимальное флегмовое число: , (2) где – мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, ; – концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, . Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению , (3) где - молекулярные массы соответственно бензола и толуола, . Получим: . Аналогично найдем: , . Тогда минимальное флегмовое число по формуле (2) равно: . Рабочее (действительное) число флегмы: (4) Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы , определим соответствующие флегмовые числа.
Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями в диаграмме состав пара – состав жидкости находим , диаграммы приведены в приложении 1. Равновесные данные для различных систем приведены в справочнике. Для построения диаграммы равновесия между паром и жидкостью рассчитаем уравнения рабочих линий для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) части колонны. a) верхняя часть ректификационной колонны (4) b) нижняя часть колонны , (5) где – относительный мольный расход питания. Относительный мольный расход питания находится по формуле: (6) Для флегмового числа : , . Для флегмового числа : , . Для флегмового числа : , . Для флегмового числа : , . Результаты расчетов рабочего флегмового числа приведены ниже в таблице 1. Таблица 1 – Расчет рабочего флегмового числа
Для определения минимального флегмового числа построим график в координатах – . Рисунок 1 Определение рабочего флегмового числа
Минимальное произведение соответствует флегмовому числу . В приложении 2 изображена диаграмма равновесия между жидкостью и паром при постоянном давлении. На диаграмме рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны в соответствии с найденным числом . Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений: (7) , (8) где – мольные массы дистиллята и исходной смеси; – средние мольные массы жидкости в верхних и нижних частях колонны. Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – бензола. Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны равна: , (9) , (10) где – мольные массы бензола и толуола; – средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны: , . Тогда: , . Мольная масса исходной смеси: . Подставив, получим: , . Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны: , (11) , (12) где – средние мольные массы паров в верхней и нижней части колонны: (13) (14) Где: , . Тогда: , . Подставив, получим: , . 2 Определение скорости пара и диаметра колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме (рис.2): a) при ; b) при . Рисунок 2 Диаграмма равновесия между паром и жидкостью - в координатах температура t - состав пара y и жидкости x
Определим плотность пара в верхней и нижней части колонны по формуле: (15) a) ; b) . Средняя плотность пара в колонне: . Плотности жидкого бензола и жидкого толуола близки. Температура вверху колонны при равняется , а в кубе-испарителе при она равна (рис.2). Плотность жидкого бензола при , а жидкого толуола при она равна . Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне: . Определяем скорость пара в колонне по уравнению: (16) По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками . Для ситчатых тарелок определяем коэффициент . Скорость пара в колонне: . Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре : (17) где – мольная масса дистиллята. . Диаметр колонны: (18) . По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берем . Тогда скорость пара в колонне будет: . По каталогу для колонны диаметром выбираем ситчатую однопоточную тарелку со следующими конструктивными размерами: Диаметр отверстий в тарелке ………… Шаг между отверстиями ……………….. Свободное сечение тарелки …………... Высота переливного порога …………... Ширина переливного порога Рабочее сечение тарелки ………………. Периметр слива ………………………...
3 Гидравлический расчет тарелок
Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и нижней части колонны по уравнению: , (19) где – гидравлическое сопротивление сухой тарелки; – сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения; – сопротивление парожидкостного слоя на тарелке. a) Верхняя часть колонны. Гидравлическое сопротивление сухой тарелки: , (20) где – коэффициент сопротивления ситчатых тарелок; – скорость пара в отверстиях тарелки. . Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: , (21) где а – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны (у бензола и толуола практически одинаковое поверхностное натяжение); . Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке: , (22) где – высота парожидкостного слоя; – отношение плотности парожидкостного слоя к плотности жидкости, принимаемое приближенно равным . Высота парожидкостного слоя: (23) Величину – высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле: , (24) где – объемный расход жидкости. Объемный расход жидкости в верхней части колонны: (25) где – средняя мольная масса жидкости . . ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|