Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол (стр. 8 из 12)
Рис. 3.22. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе бензол–толуол при флегмовом числе R=2.12
Расчет рабочего флегмового числа возможен также с применением эмпирической зависимости (2.21):
3.2. Число теоретических тарелок
Рассчитаем уравнение рабочей линии верхней части колонны по формуле (2.22) при XD=0.97; R=2.12:
y=
Интерполяцией определим составы жидкости и пара, покидающих тарелки верхней (укрепляющей) части колонны. Для расчета используем данные табл. 3.1.
x0=y1=XD=0.970
1) y2=0.947
2) y3=0.913
3) y4=0.863
4) y5=0.797
5) y6=0.729
6) y7=0.667
С 7-ой ступени стекает жидкость, близкая по составу к исходной смеси (ХF=0.44). Примем 7-ую ступень за ступень питания.
Далее для определения составов жидкости и пара будем пользоваться уравнением рабочей линии для нижней (исчерпывающей) части колонны.
Уравнение рабочей линии нижней части колонны определим по формуле (2.23) при ХW=0.03; R=2.12; F=10 т/час; D=3.94 т/час:
y=
1) y8=0.618
2) y9=0.585
3) y10=0.538
4) y11=0.475
5) y12=0.392
6) y13=0.305
7) y14=0.214
8) y15=0.137
9) y16=0.079
Итак, с 16-ой ступени стекает жидкость, содержание бензола в которой близко к содержанию его в кубовом остатке (ХW=0.03). Следовательно, при подаче исходной смеси на 7-ую ступень для осуществления процесса необходим аппарат, эквивалентный 16 теоретическим ступеням.
3.3. Средние массовые расходы пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны
Рассчитаем средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны, используя формулы (2.34, 2.35):
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
Рассчитаем средний мольный состав пара в верхней и нижней частях колонны.
1 способ с использованием формул (2.36, 2.37):
а) в верхней части колонны при yD=xD=0.97; y*F=0.66:
б) в нижней части колонны при yW=xW=0.03; y*F=0.66:
2 способ с использованием уравнений рабочих линий (2.22, 2.23):
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
Определим средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.38, 2.39):
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
Определим средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.40, 2.41):
а) в верхней части колонны при Yср.В.=0.790 кмоль/кмоль смеси:
б) в нижней части колонны при Yср.Н.=0.336 кмоль/кмоль смеси:
Определим мольные массы исходной смеси и дистиллята по формулам (2.48, 2.49):
Рассчитаем средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.50, 2.51):
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
Рассчитаем средние массовые расходы пара для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.52, 2.53):
а) в верхней части колонны:
б) в нижней части колонны:
3.4. Скорость пара и диаметр колонны
Средние температуры пара определим по диаграмме t–x,y (см. рис. 3.20):
1 способ:
при yср.В=0.790→tср.В.=890С
при yср.Н=0.336→tср.Н.=1030С
Определим среднюю температуру в колонне при tср.В.=890С, tср.Н.=1030С:
2 способ:
при xD=0.97→tD=830С
при xW=0.03→tW=1090С
при xF=0.44→tF=900С
Далее рассчитаем средние температуры в верхней и нижней частях колонны:
Определим среднюю температуру в колонне при tD=830С; tW=1090С; tF=900С
Средние плотности пара находим по формулам (2.42, 2.43):
а) в верхней части колонны при tср.В.=890С:
б) в нижней части колонны при tср.Н.=1030С:
Среднюю плотность пара в колонне определим по уравнению (2.44):
Рассчитаем среднюю плотность жидкости (смеси) в колонне:
1 способ
Сначала определим плотность жидкого бензола при tD=830С и жидкого толуола при tW=1090С интерполяцией с использованием справочной информации по плотности веществ [11]:
· Плотность жидкого бензола при tD=830С:
При t=800С→ρБ=815 кг/м3; при t=1000С→ρБ=793 кг/м3
· Плотность жидкого толуола при tW=1090С: