Кутузова М.А., Дмитриев А, В., Кутузов А.Г. (сост.) Технологический расчет ректификационной колонны

Подождите немного. Документ загружается.

4.3. Определение флегмового числа

На основании опытных данных в координатах у-х строится

линия равновесия для исходной смеси при заданном давлении

(рис. 19) и кривые температур кипения и конденсации (рис. 20).

На диаграмму х-у наносим точку 1 с координатами х

, у

на кривой равновесия точку 3 с абсциссой х

(рис. 21).

Рис.19. График зависимости равновесных концентрации

Из точки 2 (пересечение диагонали квадрата у-х с

абсциссой x

) проводим через точку 3 прямую до пересечения с

осью ординат диаграммы. На оси ординат получаем отрезок,

равный B

max

= 0,65

По величине этого отрезка, используя

формулу (13), находим минимальное флегмовое число:

max

min

max

min

0,981- 0,65

R = 0,51

0,65

Рис.20. Кривые температур кипения -1 и конденсации -2

Для ряда значений флегмового числа, больших

минимального, находим значения отрезков В – формула (14):

R+1

Результаты вычислений записываем в таблицу 8.

Таблица 8

0,6 1,00 2 3 4

0,613 0,491 0,327 0,245 0,196

Отрезки В откладываем на диаграмме у-х (рис. 21)

соединяя верхние точки отрезков В на диаграмме с точкой 2,

получаем ряд рабочих линий верхней части колонны. Соединяя

точки 3 пересечения рабочих линий верхней части колонны с

линией x

с точкой 1, получаем ряд рабочих линий нижней

части колонны.

Для каждого выбранного флегмового числа и значений х в

пределах заданных концентраций жидкости от x

до x

по

диаграмме находим движущие силы процесса х-х*, как

величины отрезков по горизонтали между кривой равновесия и

соответствующими линиями рабочих концентраций, и

вычисляем величины 1/(х–х*). Полученные результаты

записываем в табл. 9.

Флегмовое число находим по формуле (15):

По величинам в таблице 2 для каждого значения R

методом численного интегрирования (методом трапеций)

находим число единиц переноса – формула (16):

Таблица 9

х* 1/(х-х*)

R R

0,6 1 2 3 4 0,6 1 2 3 4

0,013 0,013 0,013 0,013 0,013 29,412 29,412 29,412 29,412 29,412

0,2 0,134 0,090 0,080 0,075 0,07 15,152 9,091 8,333 8,000 7,692

0,3 0,172 0,155 0,132 0,121 0,115 7,813 6,897 5,952 5,587 5,405

0,4 0,285 0,252 0,208 0,186 0,178 8,696 6,757 5,208 4,673 4,505

0,465 0,388 0,270 0,302 0,252 32,258 9,259 4,425 5,155 4,098

0,6 0,526 0,458 0,372 0,340 0,320 13,514 7,042 4,386 3,846 3,571

0,7 0,594 0,534 0,460 0,430 0,408 9,434 6,024 4,167 3,704 3,425

0,8 0,691 0,634 0,568 0,542 0,522 9,174 6,024 4,310 3,876 3,597

0,908 0,908 0,908 0,908 0,908 13,699 13,699 13,699 13,699 13,699

Рис. 21. К определению минимального флегмового числа

Рис. 22. График зависимости

от х

Результаты интегрирования сводим в табл. 10.

Таблица 10

R m

(R+l)

0,6 13,311 21,298

1 9,085 18,169

2 8,131 24,392

3 6,527 26,108

4 6,290 31,448

Наносим на диаграмму m

(R+l)–R (рис. 23) полученные

данные из таблицы 3 Находим точку минимума М, которой

соответствует оптимальное рабочее флегмовое число R

опт

= 0,9.

Рис. 23. Определение оптимального флегмового числа

Определяем число питания по фолмуле (16):

0,981-0,047

F = 2,08

0,496 - 0,047

Уравнения рабочих линий согласно формулам (17)-(18):

а) для верхней (концентрационной) части колонны:

y x+

R+1 R+1

=× ;y = 0,474·x + 0,516.

б) для нижней (отгонной) части колонны:

R+F 1-F

y x+x

R+1 R+1

=××

; y = 1,568·x – 0,027.

4.4. Определение диаметра колонны

Средние концентрации жидкости по формулам (19)-(20):

а) верх колонны

ср

0,496 +0,981

x = 0,738

б) низ колонны

ср

x +x

¢¢

ср

0,496 +0,047

x = 0,272

¢¢

Средние концентрации пара (по уравнениям рабочих

линий):

а) верх колонны:

ср

= 0, 474·0,738 + 0,516 = 0,866

б) низ колонны:

ср

¢¢

= 1,568·0,272 – 0,027 = 0,399

Находим средние температуры пара

ср

по диаграмме

«температура – состав, состав» (t – x, y):

ср

t 88

С,

ср

t 107,5

¢¢

Определяем по формуле (21):

ср ср

ср

t +t

¢ ¢¢

= среднюю

температуру пара в колонне:

ср

88 +107,5

t = 97,75

= (

С)

Средние мольные массы пара по формуле (22):

(

)

ср ср А ср В

M yM 1-yM

=×+×

а) верх

(

)

ср

M 0,866 46 + 1-0,866 74 = 49,752

=××(кг/кмоль)

б) низ

(

)

ср

M 0,399 46 + 1- 0,399 74 = 62,828

¢¢

=××(кг/кмоль)

Определим средние плотности пара – формула (23):

ср

293 P

22,4 ( 273 t ) 98100

=×

+×

а) верх

()

ср

49,752 293 101330

= 1,862

22,4 273+ 88 98100

=×

(кг/м

)

б) низ

()

ср

62,828 293 101330

= 2,231

22,4 273+107,5 98100

¢¢

=×

(кг/м

)

Средняя плотность пара в колонне по формуле (24):

ср ср

¢ ¢¢

2,231+1,862

= 2,046

= (кг/м

)

Находим температуры флегмы и кубовой жидкости по

диаграмме t – x, y, при x

и x

t 78

С;

t 114

С.

а) плотность жидкого НК

при t

кг

735,7

æö

ç÷

èø

б) плотность жидкого ВК

при t

кг

724,6

æö

ç÷

èø

Средняя плотность жидкости в колонне по формуле (25):

735,7 +724,6

кг

= = 730,15

æö

ç÷

èø

Объемный поток пара в колонне найдём по формуле (26):

( )()

D onm

22,4 98100 G R 1 273 t

M 3600 293 P

×× ++

× ××

22,4 98100 4807(0,9+1)(273+97,75)

V 1,496

46,532 3600 293 101330

æö

××

ç÷

× ××

èø

где G

– расход дистиллята, (кг/ч); M

– мольная масса

дистиллята (кг/кмоль) ; R

опт

– оптимальное флегмовое число; t –

средняя температура пара в колонне,

С; Р – давление в колонне,

Па.

Предельную скорость пара для ситчатой тарелки

определим по фолмуле (27):

W 0,05

730,15

W 0,05 0,945

2,046

==(м/с)

где ρ

, ρ

– плотности жидкости и пара соответственно, кг/м

Диаметр ректификационной колонны определяем по

формуле (29) :

пр

4 1,496

D 1,42

3,14 0,945

(м)

где V

– объемный расход пара по колонне (м

/с).