Химия \ Процессы и аппараты химической технологии

Ректификация. Определение числа теоретических тарелок. Определение расходов пара и флегмы в колонне. Тепловой баланс колонны

Страницы работы

10 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Равновесные составы жидкости и пара при давлении p = 101 кПа Таблица 2.2

t, °C	x	y
100	0	0.0
88,10	10	42.2
82,12	20	58.1
78,28	30	66.2
75,57	40	73.3
73,50	50	78.7
71,52	60	83.1
69,70	70	87.6
67,97	80	92.0
66,27	90	96.2
64,59	100	100.0

По данным табл. 2.2 строятся диаграммы фазового равновесия в координатах y – x (см. рис. 1.2) и t – x, y (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Изобраные температурные кривые кипения и конденсации смеси метиловый спирт-вода

Давление вверху и внизу колонны отличаются от давления в зоне питания незначительно, поэтому по изобарным температурным кривым кипения и конденсации с достаточной точностью можно определить температуры в зоне питания t_F, наверху t_D и в кубе t колонны (см. рис.2.1).

Так как сырье поступает в колонну при температуре кипения (), для нахождения температуры достаточно с абсциссой , соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в сырье, восстановить перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой кипения. Температура в зоне питания составляет . Аналогично определяется температура в кубе колонны . Для определения температуры паров наверху колонны из точки с абсциссой , соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в дистилляте, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой конденсации. Температура на верху колонны составляет .

2.4. Определение числа теоретических тарелок

Минимальное флегмовое число рассчитывается по уравнению (24):

Определение концентрации низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидким сырьем, показано на рис. 1.2.

Для определения оптимального флегмового числа находится минимум функции в соответствии с уравнением (26) и рис. 1.4. Для этого принимается несколько значений коэффициента избытка флегмы , по уравнению (25) для каждого значения вычисляется флегмовое число ; на диаграмму y-x наносятся рабочие линии верхней и нижней частей колонны в соответствии с их уравнениями (27)-(28) и графически определяется число теоретических тарелок в колонне .

Расчет оптимального флегмового числа показан в табл. 2.3.

Расчет оптимального флегмового числа. Таблица 2.3


1,25	0,71	12,00	20,52
1,60	0,91	10,00	19,10
2,50	1,43	8,20	19,93
3,00	1,71	7,80	21,14
5,00	2,85	7,00	26,95

По данным табл. 2.3 находится значение оптимального флегмового числа (см. рис. 3).

На рис. 1.4 показано определение числа теоретических тарелок для оптимального флегмового числа. Уравнение рабочей линии верхней части колонны для имеет вид

Уравнение рабочей линии нижней части колонны для имеет вид

;

Число теоретических тарелок в верхней части колонны (не считать ступень, огибающую точку Д). В нижней части колонны с учетом того, что роль одной тарелки выполняет кипятильник, число теоретических тарелок .

2.5. Определение расходов пара и флегмы в колонне

Сырье поступает в колонну с долей отгона , поэтому в соответствии с уравнением (31) кг/ч.

Массовый расход пара в верхней части колонны рассчитывается по уравнению (33): кг/ч.

Так как все сырье поступает в жидкой фазе, то в соответствии с уравнениями (30), (32) – (34) ; кг/ч.

Массовый расход флегмы , поступающей в зону питания, рассчитывается по уравнению (35): кг/ч.

Массовый расход флегмы , поступающей в нижнюю часть колонны, в соответствии с уравнением (36) кг/ч.

В соответствии с уравнениями (37) – (40) определяются массовые концентрации низкокипящего компонента во внутренних потоках колонны:

;

Проверка:

и .

2.6. Тепловой баланс колонны

Принимаем температуру холодного испаряющегося орошения . Теплофизические свойства воды и метилового спирта представлены в табл. 2.4.

Тепловой поток, отводимый водой в дефлегматоре, рассчитывается по уравнению (45); при этом средние значения удельной теплоты испарения и удельной теплоемкости находятся по правилу аддитивности:

кДж/кг;

кДж/(кг*К);

Теплофизические свойства воды и метилового спирта Таблица 2.4

Свойство	Вода						Спирт
	Температура, ⁰С						Температура, ⁰С
	40	65,4	71,5	73,3	89,6	98,8	40	65,4	71,5	73,3	89,6	98,8
Удельная теплоемкость С, кДж/(кг*К) [7, с. 520, 544]	4,18	4,18	4,18	4,19	4,19	4,23	2,60	2,72	2,77	2,77	2,85	2,93
Давление насыщенного пара Р, мм. рт. ст. [7, с. 519, 547]			249		525				800		1600
Удельная теплота парообразования r, кДж/кг [7, с. 532, 555]		2345,2						1097,3
Плотность жидкости , кг/м³ [7, с. 520, 1, т. 1, с. 555]	992	981,7	977,1	976,0	965,3	958,8	745	750,6	744,4	742,5	725,4	715,3
Поверхностное натяжение , дин/см [1, т. 1, с. 1010, 1015]	69,65	65,22	64,14		60,81	59,07	20,0		14,6
Вязкость пара , сП [7, с. 539, 1, т. с. 1003]	0,011		0,012		0,013				0,007		0,009
Вязкость жидкости , сП [7, с. 538]	0,66		0,41		0,32		0,47		0,31		0,25

кВт.

Энтальпия сырья , дистиллята , кубовой жидкости определяются по правилу аддитивности при соответствующей температуре:

кДж/кг;

кДж/кг.

С учетом тепловых потерь, принятых равными 5 % от полезно используемого расхода теплоты, тепловой поток в кипятильнике составит (уравнения (43), (47)):

;

кВт.

В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с абсолютным давлением 0,294 МПа (3 атм) и степенью сухости . Такой пар имеет температуру 132,9 ⁰С, энтальпию кДж/кг; энтальпия конденсата кДж/кг [7, с. 533]. Расход водяного пара в кипятильнике колонны согласно уравнению (48) составит: