Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарных смесей, страница 2

При проведенні процесів вакуумної ректифікації з метою зниження гідравлічного опору вибирають спеціальні види насадок, що володіють більшим вільним обсягом.  Найбільше правильно вибір оптимального типу й розміру насадки може бути здійснений на основі техніко-економічного аналізу загальних витрат на поділ у конкретному технологічному процесі.

Орієнтовний вибір розміру насадковых тіл можна здійснити виходячи з наступних міркувань. Чим більше розмір елемента насадки, тим більше її вільний обсяг (живий перетин) і, отже, вище продуктивність. Однак внаслідок меншої питомої поверхні ефективність великих насадок трохи нижче.  Тому насадку великого розміру застосовують, коли потрібні висока продуктивність і порівняно невисокий ступінь чистоти продуктів поділу.

У ректифікаційних колонах, що працюють при атмосферному тиску, для поділу агресивних рідин, а також у тих випадках, коли не потрібна часте чищення апарата, звичайно застосовують керамічні кільця Рашига.

Для даного випадку приймемо насадку з керамічних кілець Рашига розміром  мм.  Питома поверхня насадки α = 87,5, вільний обсяг  =0,785 , насипна щільність 530 кг/м³.

Насадкові колони можуть працювати в різних гідродинамічних режимах: плівковому, підвисання й емульгування. У колонах великої продуктивності з великою насадкою здійснення процесу в режимі емульгування приводить до різкого зменшення ефективності поділу, що порозумівається істотним зростанням зворотного перемішування рідини й значною нерівномірністю швидкості пар по перетині апарата.  Ведення процесу в режимі підвисання утруднено внаслідок, вузького інтервалу зміни швидкостей пари, у якому цей режим існує.  Тому виберемо плівковий режим роботи колони.

Для визначення швидкостей потоків необхідно визначити навантаження по парі й рідині.

2.1 Матеріальний баланс колони й робоче флегмове число

Продуктивність колони по дистиляту Р и кубовому залишку Wвизначимо з рівнянь матеріального балансу колони:

(2.1)

Звідси знаходимо:

Навантаження ректифікаційної колони по пару й рідині визначаються величиною робочого флегмового числа R. Оптимальне значення R_оптможна знайти шляхом техніко-економічного розрахунку. Через відсутність надійної методики оцінки R_оптвикористовують наближені обчислення, які основані на визначенні коефіцієнта надлишку флегми (зрошення), β = R/R_min, де R_min – мінімальне флегмове число:

                                                                        (2.2)

де x_Fі х_Р – мольні частки легколетючого компонента відповідно у вихідній суміші й дистиляті, кмоль/кмоль суміші; концентрація легколетючого компонента у парі, що перебуває в рівновазі з вихідною сумішшю, кмоль/кмоль суміші.

Звичайно коефіцієнт надлишку флегми, при якому досягається оптимальне флегмове число, не перевищує 1,3. Один з можливих наближених методів розрахунку Rполягає в знаходженні такого флегмового числа, якому відповідає мінімальний добуток пропорційне обсягу ректифікаційної колони (N – число щаблів зміни концентрацій або теоретичних тарілок, що визначає висоту колони, a  витрата пару й, отже, перетин колони).

Визначимо Rза цією рекомендацією. Перерахуємо склади фаз із масових часток у мольні по співвідношенню

де M_Б і МТ – молекулярні маси відповідно бензолу й толуолу, кг/кмоль.

                                                            (2.3)

Аналогічно знайдемо: . Тоді мінімальне флегмове число дорівнює:

Задавшись різними значеннями коефіцієнтів надлишку флегми, визначимо відповідні флегмові числа. Графічною побудовою ступенів зміни концентрацій між рівноважною й робочою лініями на діаграмі склад пари в – склад рідини х (мал. 2.1, а) знаходимо N.