Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарных смесей, страница 3

Рис. 2.1 – Діаграми рівноваги між парою й рідиною при постійному тиску:
 а – у координатах  в – х (склад пари – склад рідини); тут же показане
графічне визначення числа щаблів зміни концентрацій при різних
флегмових числах; б – у координатах t – х, в (температура – склад пари й рідини)

Рівноважні дані для різних систем наведені в довіднику. Розрахунок робітника флегмового числа представлені нижче й на мал. 2.2:

Рис. 2.2 – Визначення робочого флегмового числа

Мінімальний добуток N(R+1) відповідає флегмовому числу R =4,3. При цьому коефіцієнт надлишку флегми β = 4,3/2,65 = 1,6. На мал. 2.3 зображені робочі лінії й щаблі зміни концентрацій для верхньої (зміцнювальної) і нижньої (вичерпної) частин колони відповідно до знайденого значення R.

Рис. 2.3 – Зображення робочих ліній на діаграмі в – х при дійсному
флегмовому числі

Середні масові витрати (навантаження) по рідині для верхньої й нижньої частин колони визначають зі співвідношень:

                                                                                  (2.4)

                                                            (2.5)

де М_Р й M_F— мольні маси дистиляту й вихідної суміші; М_в і М_н – середні мольні маси рідини у верхній і нижній частинах колони.

Мольну масу дистиляту в цьому випадку можна прийняти рівній мольній масі лёгколетучего компонента – бензолу. Середні мольні маси рідини у верхній і нижній частинах колони відповідно рівні:

; ,   (2.6)

де М_Б і  – мольні маси бензолу й толуолу;  і – середній мольний склад рідини відповідно у верхній і нижній частинах колони:

Тоді

Мольна маса вихідної суміші

Підставивши розраховані величини в рівняння (2.4) і (2.5), одержимо:

Середні масові потоки пари у верхньої G_ві нижньої G_нчастинах колони відповідно рівні:

             (2.7)

Тут M'_в й M'_н – середні мольні маси пару у верхній і нижній частинах колони:

  (2.8)

де

Тоді

Підставивши чисельні значення в рівняння (2.7), одержимо:

2.2 Швидкість пари й діаметр колони

Вибір робочої швидкості пар обумовлений багатьма факторами й звичайно здійснюється шляхом техніко-економічного розрахунку для кожного конкретного процесу.  Для ректифікаційних колон, що працюють у плівковому режимі при атмосферному тиску, робочу швидкість можна прийняти на 20 – 30 % нижче швидкості захлинення.  Граничну фіктивну швидкість пари  при якій відбувається захлинення насадкових колон, визначають по рівнянню:

                        (2.9)

де а – питома поверхня, м²/м³; ρ_х, ρ_y – середні щільності рідини й пари, кг/м³; μ_х – в'язкість рідини, мПа∙ з;  – вільний обсяг, м³/м³.

Оскільки відносини L/Gі фізичні властивості фаз у верхній і нижній частині колони різні, визначимо швидкості захлинення для кожної частини окремо.

Знайдемо щільності рідини ρ_{х в}, ρ_{х н}, і пари ρ_{в в}, ρ_{y н} у верхній і нижній частинах колони при середніх температурах у них t_вй t_н. Середні температури пар визначимо по діаграмі t – х, в (див. мал. 2.2, б) по середніх складах фаз:

.

Тоді

                                    (2.10)

Звідси одержимо:

Щільність фізичних сумішей рідин підкоряється закону аддитивності:

, де х_об – об'ємна частка компонента в суміші.

У розглянутому прикладі щільності рідких бензолу й ацетону близькі , тому можна прийняти:.

В'язкість рідких сумішей μ_х знаходимо по рівнянню: