3.3 Конструкция колонны

Проектируемый аппарат предназначен для ведения тепломассобменных процессов. Колонный аппарат состоит из корпуса и оборудован внутренними устройствами. В качестве внутренних устройств, для ведения технологического процесса используют 26 колпачковых тарелок. Расстояние между тарелками 300 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания.

4 Расчетная часть

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения под атмосферным давлением смеси спирт-вода по данным.

Исходные данные:

Х_f = 22 %- в исходной смеси;

X_D = 83% - в дистилляте;

Xw = 1,5% - в кубовом остатке;

Gf = 1200 кг/с - производительность по исходной смеси.

β = 1,9 – коэффициент избытка флегмы

η = 0,50 – КПД тарелки

Pп = 3.5 – давление греющего пара (МПа)

h = 0,3 м

4.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Зная производительность колонны по кубовому остатку и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность к дистилляту и питание исходной смеси (G_F и G_D), на основании уравнений материального баланса.

(1)

(2)

где - содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Отсюда найдем:

Расход кубового остатка

Расход дистиллята

G_D=G_F – G_W = 1200 – 403 =797кг/ч

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы .

(3)

,

где R_min – минимальное флегмовое число.

При этом:

(4)

где - массовые доли спирта в дистилляте и кубовом остатке , а - концентрация НКК (спирта) в паровой фазе, равновесная с концентрацией НКК в исходной смеси, определяемая по кривой равновесия по значению Хf.

По диаграмме y-x находим при соответствующем значении , таким образом .

Тогда:

Используя формулу 3 найдем, что:

Найдем уравнение рабочих линий:

а) для верхней части колонны:

(5)

б) для нижней части колонны:

(6)

где F – относительный мольный расход питания.

(7)

Таким образом, получим уравнение нижней части:

4.2 Определение числа тарелок

Графически определяем число теоретических ступеней изменения концентраций n_t в верхней и нижней частях колонны. Число действительных тарелок определяется по уравнению (8)

z= ,

z= =0,10

n _d = (8)

n _d = = 22 тарелок.

4.3 Определение основных размеров колонн

Рабочая высота колонны (м)

H=h (n _d – 1) (9)

Расстояние между тарелками h = 300

H=0,3 (22 – 1)= 6,3м

Высота сепарационного пространства – 0,7 м

Высота кубового пространства – 1,5 м

Высота опоры – 1,2 м

Общая высота колонны

Н_об = 1,2 + 1,5 + 0,7 + 6,3 =9,7 м