Расчёт ректификационной колонны 6непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол - у (стр. 2 из 5)
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
4.1. Материальный баланс
Уравнение материального баланса.
GF = GD + GW;
GFxF = GDxD+ GWxW,
где GF , GD,, GW –производительность по исходной смеси, дистиллята и кубового остатка; XF, XD, XW – содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.
Для дальнейших расчетов выразим концентрации в мольных долях.
Исходная смесь:
,
где MБ , MУ.К. – молярная масса бензола и уксусной кислоты
Дистиллят:
Кубовый остаток:
Относительный мольный расход питания F:
Определим минимальное число флегмы Rmin:
y 
=0,68 – мольная доля бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по рис. 3.1.
Определим рабочее число флегмы:
R = 1,3· К 
+ 0,3 = 1,3· 0,501 + 0,3 = 0,951
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
4.2. Определение скорости пара и диаметра колонны.
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны:
Средние концентрации пара находим по уравнению рабочих линий:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме t – (x, y) рис. 3.2.
а) при y` 
= 0,734 t` = 91,5 0C
б) при y`` = 0,317 t``= 109 0C
Средние мольные массы и плотности пара:
а) 
б) 
Средняя плотность пара в колонне:
Температура вверху колонны при xD = 0,874 равняется tD= 81,7 0C, а в кубе – испарителе при x 
= 0,046 равняется t = 111,7 0C. (см. рис. 3.2.)
Плотность уксусной кислоты при 111,7 0C ρУ.К.= 936,94 кг/м 
, а бензола при 81,7 0C ρБ =813.13 кг/м 
. [5]
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне:
Определяя скорость пара ω в колонне по данным принимаем расстояние между тарелками h = 300мм, С = 0,032.
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t 
= (91,5 + 109)/2 = 100,25 0C
где МD - молярная масса дистиллята, равная
MD= 0,874·78 + 0,126·60 = 75,7кг/кмоль.
Диаметр колонны:
По [2] принимаем D = 1600мм, тогда скорость пара в колонне будет:
4.3. Гидравлический расчет колпачковой тарелки.
Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:
Высота сливного порога h 
= 50мм.
Диаметр патрубка принимают из ряда: 50, 75, 100, 125, 150.
Задаемся диаметром патрубка 75мм.
Диаметр колпачка находим из условия равенства скорости пара в газовом патрубке и в кольцевом сечении колпачка (т.е. если скорости пара равны, то равны их площади).
Примем толщину стенки патрубка 3мм.
Принимаем ширину прорези bпр=5 мм,
высоту прорези hпр=20 мм.
Количество колпачков на тарелке 
Принимаем n = 45 штук.
Длина окружности колпачка: 
Количество прорезей 
где а - расстояние между прорезями, а=4 мм
Принимаем nпр.=38
Схема колпачка.
Рис. 3.1.
На каждой тарелке колонны расположено по 45 колпачков, каждый из которых имеет по 38 прямоугольных прорезей размером b 
h = 5 20мм. Расстояние между прорезями 4мм; расстояние между тарелкой и верхним краем прорезей h 
= 30мм.
Определяем скорость пара в прорезях:
Гидравлическое сопротивление тарелки в колонне рассчитывается по формуле:
∆p = ∆p 
+ ∆p 
+∆p 
Сопротивление сухой тарелки:
ξ – коэффициент сопротивления колпачковой тарелки, равен 3,0;
ω 
- скорость пара в прорезях, м/с;
- средняя плотность пара в колонне.
Сопротивление вызываемого силами поверхностного натяжения:
σ=19,8·10-3 H/м
σ – поверхностное натяжение, Н/м;
d 
- эквивалентный диаметр отверстия
, где f – площадь свободного сечения прорези; П – периметр прорези.
Тогда
.