Материальный баланс ректификационной колонны

Обычно заданы весовые содержания летучего компонента во всех элементах колонны ( , , ), также известна одна из следующих величин ( , , ).

Тепловой баланс ректификационной колонны

Результатом расчёт теплового баланса является определение расхода греющего пара. Д.б. известны: весовые содержания летучего компонента ( , , ); из материального баланса ( , , ); температуры кипения ( , , ).

Определяются теплоёмкости компонентов и ; скрытая теплота парообразования и . Выбирается флегмавое число как: . Находится энтальпия пара и энтальпия конденсата ( , ).

.

– теплота, поступающая с исходной смесью;

– теплота, поступающая с греющим паром;

– теплота, поступающая с флегмой;

– теплота уходящая из колонны с флегмой;

– теплота уходящая из колонны с кубовым остатком;

– потери в окружающую среду.

,

где – закон аддитивности;

– температура кипения смеси (определяется по таблице).

.

,

где ;

– определяется по таблице.

,

где .

.

Потери в окружающую среду можно определить 2-я способами:

1. ;

2. По полному сечению.

Расход охлаждающей воды в дефлегматоре

,

где и – задаются.

Для конденсатора-холодильника:

.

Определение высоты колонны

– высота куба-нагревателя;

– высота тарельчатой части;

– высота сепарационного пространства.

.

При этом ,

где – расстояние между тарелками.

Есть стандартный ряд , мм: 200, 250, 300, 350, 400, 500 и т.д.

Чем больше , тем лучше идёт процесс ректификации, но это увеличивает высоту колонны и затраты на капитальное строительство колонны.

Величина принимается в диапазоне м.

определяется так, что расстояние от зеркала жидкости в кубе-нагревателе до нижней тарелки должна быть м.

По объёму куб-нагреватель должен быть таким, чтобы в нём помещались нагревательные трубы, а жидкости должно хватать на минут работы колонны.

Общая высота колонны (для смеси спирт-вода) метров.

Определение диаметра колонны

,

где – секундный объём паров, движущихся по колонне, м/с;

– рабочая скорость, ;

– определяется из графика;

.

По найденному значению диаметра из каталога выбирается ближайший больший.

Определение гидравлического сопротивления тарелки

,

где – сопротивление сухой тарелки,

;

– перепад давления, который обусловлен силами поверхностного натяжения жидкости,

,

где – коэффициент поверхностного натяжения;

– высота прорези, мм;

– ширина прорези, мм.

– изменение статического давления за счёт трения в прорезях колпачка.

– изменение статического давления за счёт уровня жидкости над прорезью колпачков.

,

где – высота жидкости над прорезью колпачка, мм;

.

Конструкции ректификационных колонн

1. Тарельчатые;

2. Насадочные;

3. Роторные.

Пример расчёта ректификационной колонны (фрагмент)

Определить число тарелок для разделения смеси и от начальной концентрации низкокипящего компонент до конечной концентрации . В кубовом остатке .

Из литературы по данным смеси - выбирается упругость паров каждого компонента.

Т, 0С	Ра(CS2), мм рт.ст.	Рв(CCl4), мм рт.ст.
40	617	215
45	726	262
50	855	316
55	1001	376
60	1169	449
65	1348	535
70	1561	622
75	1793	727
80	2033	843

Р=760 мм рт.ст. – давление при нормальных условиях.

Т, 0С	Содержание CS2 в жидкой фазе.	Содержание CS2 в парах.
40
45	(1,073)	(1,025)
50	0,823	0,926
55	0,614	0,809
60	0,432	0,664
65	0,277	0,491
70	0,147	0,302
75	0,031	0,073
80	(-0,07)	(-0,187)

Далее пересчитывается весовая доля в мольную, т.е. в .

Строится равновесная диаграмма по последней таблице и определяется теоретическое и действительное число тарелок.