Расчет ректификационной установки (стр. 2 из 4)

Учитывая, что масса колонны, зависящая от числа ступеней разделения, является определяющей в стоимости процесса ректификации, приближенно R_опт, можно рассчитать следующим образом. По уравнению (3.3) определяют минимальное флегмовое число R_min. Затем, задав несколько значений коэффициента избытка флегмы в пределах примерно 1,05¸5,0, графически определяют соответствующее им число теоретических ступеней N_t. Для этого, при каждом значении ректификации, между ними и равновесной линией проводят отрезки, параллельные осям координат. Число ступеней, образующихся в результате такого построения в пределах изменения концентраций Х_р-Х_ƒ, будет соответствовать числу теоретических тарелок в верхней части колонны, а число ступеней, образующееся в пределах изменения концентраций Х_р-Х_w - числу теоретических тарелок в нижней части колонны.

Результаты расчёта подаём в виде таблицы:

β=R/Rmin	1,05	1,1	1,3	1,8	2,5	3,1	3,3	3,8	4,4	5
R	1,99	2,1	2,5	3,4	4,8	5,9	6,3	7,2	8,4	9,5
Nt	26,4	26,4	16,3	13,2	10,2	9,2	9,2	9,05	8,7	8,5
(R+1) Nt	79	82	57	58	59	63	67	74	82	89

Уравнение рабочей линии:

3.3 Расчёт высоты ректификационной колонны

Высота ректификационной колонны определяется числом действительных тарелок или ступеней изменения концентраций. До настоящего времени нет точного и простого теоретического метода расчёта числа тарелок, поэтому надёжные результаты при проектировании могут быть получены опытными методами. Если опытные данные отсутствуют, то высоту колонны можно рассчитать только приближенно. Из существующих методов расчёта числа рабочих тарелок наиболее распространены следующие методы:

метод теоретической тарелки, рекомендуется применять при наличии сведений о средних КПД колонны;

метод кинетической кривой, рекомендуется использовать при наличии данных о КПД тарелок. Этот метод даёт более надёжные результаты определения числа тарелок.

3.3.1 Исходные данные для расчёта размеров колонны

Физические величины по высоте колонны переменны, поэтому для расчёта вычисляют их средние значения. При этом для жидкой смеси определяют:

· средние составы в верхней и нижней частях колонны

· средние температуры жидкостей: t_{ср. в} и t_{ср. н} для Х_{ср. в} и Х_{ср. н} по диаграмме t-x,y

Средние плотности жидкостей

для Х_{ср. в} и для Х_{ср. н} по формуле при условии аддитивности объёмов:

.

Таким образом,

Средний объёмный расход жидкости для верхней и нижней части колонны:

Для смеси паров: средние составы пара в верхней части колонны

и в нижней части находят по соответствующим уравнениям рабочих линий по Х_{ср. в} и Х_{ср. н}.

Средние температуры пара в верхней и нижней части колонны t_{ср. в} и в нижней части t_{ср. н} находят по диаграмме t-x,y:

Средние молекулярные массы

Средние плотности пара

находим по формуле:

где Т₀ - температура потока при нормальных условиях,

р - давление потока, Па, р₀ - давление потока при нормальных условиях

3.3.2 Расчёт диаметра ректификационной колонны

Ориентировочный диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода по среднему массовому потоку пара:

, либо , где

- диаметр ректификационной колонны,

- расход пара, л/с,

- скорость пара, м/с,

V₀ - объёмный расход пара, м³/с,

- средняя плотность жидкости в колонне.

Скорость движения паров по колонне для колечковых тарелок выбираются по графику

в зависимости от расстояния между тарелками.

3.3.3 Построение кинетической кривой

Для построения кинетической кривой по диаграмме x-y проводят произвольно вертикальные отрезки между равновесной и рабочими линиями. Эти отрезки делят в отношении, равном коэффициенту обогащения тарелки С_y:

где n_оу - число единиц переноса, рассчитываемое по уравнению:

Коэффициент

, где F_Т - рабочая площадь тарелки, F_К - площадь сечения колонны.

В среднем φ принимают равным 0,8¸0,9.

V (С₆Н₅Cl) = 6∙14,8 + 5∙3,7 + 24,6 = 131,9;

V (С₆Н₅CН₃) = 6∙14,8 + 5∙3,7 + 14,8 + 3∙3,7 = 133,2.

По известному значению С_y определяют и откладывают на диаграмме отрезки ВС. Через полученные точки В проводят кинетическую кривую

. Затем в пределах концентраций производят ступенчатое построение ломаной линии. Число ступеней этой линии даёт число тарелок для верхней и нижней частей колонны N.

При выражении движущей силы через жидкую фазу между равновесной и рабочей линиями проводят ряд горизонтальных отрезков, которые делят также в отношении С_y. Дальнейшее построение осуществляется способом, описанным выше.

Для определения С_y необходимо рассчитать коэффициент массопередачи К_у (кмоль/м²с):

,

где m - коэффициент распределения, определяющий тангенс угла наклона равновесной линии:

Коэффициент пароотдачи в паровой фазе:

Критерий Рейнольдса вычисляют по формуле

,

где

- вязкость парового потока, Па∙с.

Коэффициент масоотдачи в жидкой фазе

.

Критерий Прандтля:

Далее,

Расчёт А:

Z действительных тарелок = 28.