3.3.1.2.3.2 Расчет высоты колонны

Для расчета высоты колонны необходимо знать число теоретических ступеней изменения концентраций (N) для получения заданного состава продуктов разделения. Для бинарной ректификации величину N удобно определить графически по диаграмме равновесных составов [6]; многокомпонентную ректификацию можно рассчитать только аналитически, для чего используют ЭВМ [7]. Кроме того, для расчета многокомпонентной ректификации применяют приближенные методы.

В приближенных методах расчета числа теоретических ступеней исходными данными наряду с параметрами, характеризующими состав и состояние исходной смеси, а также фазовое равновесие, служат: концентрация легколетучего ключевого компонента в кубовом остатке, концентрация труднолетучего ключевого компонента в дистилляте и флегмовое число.

Приближенный расчет многокомпонентной ректификации по методу Джилиленда. Расчет числа теоретических ступеней по методу Джилиленда [1] основан на использовании эмпирической графической корреляции (рисунок 3.8). Метод Джилиленда требует предварительного определения минимального числа теоретических ступеней и минимального флегмового числа.

Минимальное число теоретических ступеней определяется по уравнению Фенске-Андервуда методом последовательных приближений.

, (3.63)

где , – средние коэффициенты относительной летучести разделяемых компонентов.

Программа расчета N_min на ЭВМ приведена в [7].

Рисунок 3.8 – График Джилиленда для определения числа теоретических ступеней

Один из недостатков метода Джилиленда состоит в том, что он не позволяет определять место ввода исходной смеси в колонну. Для определения ступени, на которую следует подавать питание, можно использовать уравнение:

, (3.64)

где N_ук и N_ис – число теоретических ступеней соответственно в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны (ступень питания отнесена к исчерпывающей части).

Приближенный расчет многокомпонентной ректификации по методу Хенгстебека состоит в том, что многокомпонентная система сводится к бинарной, состоящей из ключевых компонентов. Относительную летучесть в этой бинарной системе считается постоянной, равной отношению средних относительных летучестей НКК и ВКК, принимаемых за ключевые компоненты многокомпонентной системы.

Примеры приближенного расчета числа теоретических ступеней многокомпонентной ректификации приведены в [1].

Рабочая высота колонны (рисунок 3.9) рассчитывается по выражению

, (3.65)

где - число теоретических ступеней укрепляющей и исчерпывающей секциях;

- эффективность (к.п.д.) тарелки; рекомендуемые значения приведены в таблице XI приложения;

h – расстояния между тарелками; h = 0,3 … 0,7 м (D_к < 0,8 м, h = 250-300 мм; 0,8 < D_к < 6 м, h = 450-600 мм; D_к > 6 м; h = 600-700 мм);

h_i – расстояние между верхним днищем и верхней тарелкой; h_i = 1,0…1,3 м;

h₂ – расстояние между тарелками в эвапарационном пространстве (высота зоны питания); h₂ = 1,0 … 1,5 м;

h₃ – расстояние между нижним днищем и нижней тарелкой; h₃ = 1,0 … 1,5 м.

Рисунок 3.9 – Схема для расчета высоты колонны