Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол
Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N´(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а (R+1) – расход паров и, следовательно, сечение колонны).
При отсутствии данных о
коэффициенте избытка флегмы для разделяемых смесей можно применять эмпирическую зависимость:
R=1,3·Rмин+0,3 (2.21)
Более точный метод расчета Rопт предполагает знание приведенных затрат и учет расходов, связанных с подачей сырья и подводом теплоты в колонну и организацией ее орошения, а также стоимость колонны и вспомогательного оборудования.
Рис. 2.16. К определению оптимального флегмового числа: 1 – эксплуатац. расходы; 2 – капитальные затраты; 3 – общие затраты на ректификацию.
2.3. Уравнения рабочих линий
y= (2.22)
Зависимость (2.22) является уравнением рабочей линии укрепляющей части колонны. В этом уравнении – тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а – отрезок, отсекаемый верхней рабочей линией на оси ординат.
, где f=F/D (2.23)
Зависимость (2.22) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении – тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а – отрезок, отсекаемый нижней рабочей линией на оси абсцисс. Умножив числитель и знаменатель выражений для А' и А на количество дистиллята D, можно заметить, что они представляют собой отношения количеств жидкой и паровой фаз, или удельный расход жидкости, орошающей данную часть колонны.
2.4. Определение числа тарелок и высоты колонны
Наносим на диаграмму y–x рабочие линии верхней и нижней части колонны рис. 2.17 и находим число ступеней изменения концентрации nТ.
Рис. 2.17. Графическое определение числа теоретических тарелок:
ОE – равновесная кривая, АВ и ВС – рабочие линии для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны, 1–6 – тарелки.
Число тарелок рассчитывается по уравнению:
(2.24)
Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов при средних температурах для верхней и нижней частей колонны:
Для верхней части:
(2.25)
Для нижней части:
(2.26)
Величина среднего к.п.д. тарелок , который зависит от многих переменных величин (конструкция и размеры тарелки, гидродинамические факторы, физико-химические свойства пара и жидкости). На рис. 2.18 приведены значения среднего к.п.д. тарелок, полученные по опытным данным для промышленных ректификационных колонн сравнительно небольшого диаметра. По оси абсцисс на этом графике отложены произведения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов α на динамический коэффициент вязкости жидкости питания μ (в мПа·с) при средней температуре в колонне.
Рис. 2.18. Диаграмма для приближенного определения среднего к.п.д. тарелок.
Определение вязкости жидкости (смеси) в верхней и нижней частях колонны а) в верхней части колонны:
(2.27)
б) в нижней части колонны:
(2.28)
Определение вязкости пара:
а) в верхней части колонны:
(2.29)
б) в нижней части колонны:
(2.30)
Число действительных тарелок:
а) в верхней части колонны:
(2.31)
б) в нижней части колонны:
(2.32)
Высота тарельчатой колонны:
(2.33)
где h – расстояние между тарелками,
ZВ – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,
ZН – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны,
N – число действительных тарелок.
2.5. Определение средних массовых расходов пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны
Ø Определение среднего мольного состава жидкости в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.34)
б) в нижней части колонны:
(2.35)
Ø Определение среднего мольного состава пара в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.36)
б) в нижней части колонны:
(2.37)
Ø Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.38)
б) в нижней части колонны:
(2.39)
Ø Определение средних мольных масс пара в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:
(2.40)
б) в нижней части колонны:
(2.41)
Ø Определение средней плотности пара в верхней и нижней частях колонны:
(2.42)
(2.43)
Ø Средняя плотность пара в колонне:
Ø
(2.44)