Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол
(2.71)
б) в нижней части колонны:
(2.72)
2.8. Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построением кинетических линий)
Эффективность тарелки по Мэрфи:
(2.73)
(2.74)
(2.75)
, где (2.76)
Ey – локальная эффективность по пару;
e – межтарельчатый унос жидкости;
θ – доля байпасирующей жидкости;
S – число ячеек полного перемешивания;
m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия;
λ=m(R+1)R – фактор массопередачи для укрепляющей части;
λ=m(R+1)/(R+f) – фактор массопередачи для исчерпывающей части.
Локальная эффективность по пару:
, где (2.77)
– число единиц переноса по паровой фазе на тарелке (2.78)
– скорость пара в рабочем сечении тарелки (2.79)
– рабочее сечение тарелки
– коэффициент массопередачи (2.80)
βxf, βyf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз
(2.81)
(2.82)
Критерий Фруда:
а) в верхней части колонны:
(2.83)
б) в нижней части колонны:
(2.84)
Паросодержание барботажного слоя:
а) в верхней части колонны:
(2.85)
б) в нижней части колонны:
(2.86)
Высота светлого слоя жидкости:
(2.87)
Удельный расход жидкости на 1м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.88)
б) в нижней части колонны:
, где (2.89)
b – ширина переливного порога
Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.90)
б) в нижней части колонны:
(2.91)
Коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=200C в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.92)
б) в нижней части колонны:
(2.93)
υБ, υТ – мольные объемы бензола и толуола, A=B=1 – коэффициенты.
Вязкость жидкости при t=200С в верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.94)
б) в нижней части колонны:
(2.95)
Температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.96)
б) в нижней части колонны:
(2.97)
Коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.98)
б) в нижней части колонны:
, где (2.99)
Р – давление в колонне
Плотность орошения для верхней и нижней частей колонны:
а) в верхней части колонны:
(2.100)
б) в нижней части колонны:
, где (2.101)
S – число ячеек полного перемешивания. При Dст=1.8 м и b=0.289 м принимаем, что 1 ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l0=300–400 мм. Пусть l0=350 мм, тогда длина пути жидкости:
(2.102)
3. Расчетная часть
Разделяемая смесь: бензол–толуол (ХF=0.40). Нагрузка колонны по сырью – 10 т/час. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте (ХD=0.97), в кубовом остатке (ХW=0.029). Контактный элемент – тарелка.
3.1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Согласно уравнениям материального баланса (2.14, 2.15, 2.16) выразим и рассчитаем расход дистиллята и кубового остатка:
;
Определим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях в соответствии с формулами (2.17, 2.18, 2.19):
Питание:
Дистиллят:
Кубовый остаток:
Вычислим равновесные составы фаз для бензольно-толуольной смеси при атмосферном давлении, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Расчет представлен в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Парожидкостное равновесие системы бензол–толуол
T,0С |
Pб, мм.рт.ст. ¤ |
Рт, мм.рт.ст. ¤ |
П, мм.рт.ст. |
x=(П–Рт)/(Рб–Рт) |
y*=(Р*б/П)x |
80 |
760,0 |
300,0 |
760 |
1 |
1 |
84 |
852,0 |
333,0 |
760 |
0,823 |
0,922 |
88 |
957,0 |
379,5 |
760 |
0,659 |
0,830 |
92 |
1078,0 |
432,0 |
760 |
0,508 |
0,720 |
96 |
1204,0 |
492,5 |
760 |
0,376 |
0,596 |
100 |
1344,0 |
559,0 |
760 |
0,256 |
0,453 |
104 |
1495,0 |
625,5 |
760 |
0,155 |
0,304 |
108 |
1659,0 |
704,5 |
760 |
0,058 |
0,128 |
110 |
1748,0 |
760,0 |
760 |
0 |
0 |
Примечание: ¤ – [8] |