Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 2

Один из возможных методов расчета рабочего флегмового числа R заключается в нахождении такого значения R, которому соответствует минимальное произведение N·(R + 1), пропорциональное объему ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентрации или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а R + 1 – расход паров и, следовательно, сечение колонны).

Задавшись различными значениями коэффициента избытка флегмы β (от 1,05 до 4,0), определим соответствующие флегмовые числа R по формуле (6) и отрезки В по (4). Построив на y–x-диаграмме линии рабочих концентраций для исчерпывающей и укрепляющей частей колонны и вписав между ними и равновесной линией ступени изменения концентрации, определим их число N (число теоретических тарелок) для каждого значения β (рис. 3).

Результаты расчетов рабочего флегмового числа приведены в табл. 2 и представлены на рис.4.

Таблица 2

Результаты расчетов рабочего флегмового числа

β	1,05	1,10	1,20	1,50	1,75	2,0	2,5
R	0,871	0,913	0,996	1,245	1,453	1,660	2,075
N	16	15	14,8	11	8,5	8	7,9
N·(R + 1)	29,92	28,6	29,5	24,7	20,85	21,3	24,3
Вmax	0,4	0,41	0,39	0,35	0,32	0,29	0,25

Минимальное произведение N·(R + 1) соответствует флегмовому числу R = 1,453 (рис. 4).

При этом коэффициент избытка флегмы

Сопоставление значений рабочего флегмового числа, полученных обоими способами, свидетельствует практически об их совпадении (1,41 @ 1,45).

Итак, принимаем рабочее флегмовое число, равным среднему значению полученных результатов

Этому значению рабочего флегмового числа соответствует положение линии рабочих концентраций укрепляющей части колонны ДF, отсекающей на оси ординат отрезок В (рис. 1), равный

Точка F лежит на пересечении линии ДB и ординаты x_F; FW – линия рабочих концентраций исчерпывающей части колонны (рис. 1).

Определение средних значений параметров по колонне, физико-химических и термодинамических констант фаз.

По жидкой фазе.

Средняя мольная концентрация в нижней части колонны

Средняя мольная концентрация в верхней части колонны

Средняя мольная концентрация по колонне

Для пересчета мольной концентрации в весовую воспользуемся формулой

                       (7)

где М_А = 46 кг/кмоль, М_В = 18 кг/кмоль – молярные массы этанола (С₂H₅OH) и воды (Н₂О) соответственно

Средняя температура в нижней части колонны

Средняя температура в верхней части колонны

Средняя температура по колонне

Значения t_xW, t_xF, t_xД взяты из t–y–x-диаграммы (рис. 2).

Средняя молекулярная масса смеси

Средняя плотность

где ρ_А = 730,49 кг/м³ [25], ρ_В = 968,68 кг/м³ [23] взяты при t_xср = 84,75 ºС.

Среднюю вязкость определим по формуле [23]

                                         (8)

где μ_А, μ_В – вязкость этанола [25] и воды при t_xср = 84,75 ºС

(μ_А = 0,409·10^-3 Па·с; μ_В = 0,336·10^-3 Па·с).

Тогда

Среднее поверхностное натяжение определим по формуле [23]

                    (9)

где σ_А, σ_В – поверхностное натяжение этанола [25] и воды при t_xср = 84,75 ºС (σ_А = 16,87·10^-3 Н/м;  σ_В = 61,72·10^-3 Н/м).

Тогда

Коэффициент диффузии при средней температуре [23]

                          (10)

где  – коэффициент диффузии при 20 ºС; b – температурный коэффициент; t – средняя температура жидкой фазы в колонне.

Температурный коэффициент определим по эмпирической формуле [23]