Тепловой баланс колонны

Хлороформ
Теплота конденсации, rнкк, t , кДж/кг, при tР = 61,9 0С [4, стр. 318]	247,2
Теплоемкости: [3, стр562] Снкк, t , кДж/(кг ∙ К), при tF = 78,6 0С	1,11
Снкк, t Р , кДж/(кг ∙ К), при tР = 61,9 0С	1,08
Снкк, t , кДж/(кг ∙ К), при t W = 107,8 0С	1,09
Толуол
Теплота конденсации, rвкк, tР, кДж/кг, при tР = 61,9 0С [4, стр. 322]	388,1
Теплоемкости: [3, стр562] Свкк, t , кДж/(кг ∙ К), при tF= 78,6 0С	1,98
Свкк, t Р , кДж/(кг ∙ К), при tР= 61,9 0С	1,90
Свкк, t , кДж/(кг ∙ К), при t W = 107,8 0С	2,09

Тепловой поток, передаваемый в дефлегматоре хладагенту при конденсации флегмы и дистиллята, находится по формуле:

r_Р= _нккР∙ r_{нкк, t Р} + (1- _нкк )∙ r_{вкк, t Р}= 0,48∙ 247,2+(1-0,485)∙388,1=318,5 кДж/кг

Q_Р= G _Р ∙(R_опт + 1) ∙r_Р= кВт

Тепловой поток, передаваемый теплоносителем в кипятильнике испаряющейся жидкости, находится по формулам:

i_F= ( _нкк ∙С_{нкк, t} +(1- _нкк )∙С_{вкк, t} )∙t = (0,48∙1,11+0,52∙1,98)∙78,6=122,8 кДж/кг

i_Р = ( _нккР∙С_нкк.tР+ (1- _нккР)∙С_вкк,tР)∙t_Р= (0,96∙1,08 + 0,04∙1,90)∙61,9=68,9 кДж/кг

i_W=( _нкк ∙С_нкк,t +(1- _нкк )∙С_вкк,t )∙t =(0,01∙1,09+0,99∙2,09)∙107,8=224,2 кДж/кг

Q_куб = 1,05 ∙ (Q_Р + G _Р ∙ i_Р + G_W ∙ i_W - G_F ∙ i_F)

Q_куб = 1,05∙(393,8 + (2267,5/3600)∙68,9 + (2315,8/3600) ∙224,2 – (4583,3/ 3600) ∙122,8) = 446,3 кВт

Расход охлаждающей жидкости:

G_В= Q_Р /С∙(35-25)= 393,8/4,18∙ (35-25) = 9,42 кг/с или G_В= 33,9 м³/ч

Расход водяного пара:

В качестве теплоносителя в кипятильнике колонны принимаем насыщенный водяной пар с параметрами [3,стр.550]

-Давление- Р_вп= 1,6 ат

-Температура- t_вп= 112,7⁰С

-Теплота конденсации-r_вп = 2227 кДж /кг

Расход пара найдем из уравнения

G_ВП= Q_куб/ r_вп= 446,3/ 2227= 0,2 кг/с

Определение диаметра колонны

Средние мольные '_в и массовая '_в концентрации низкокипящего компонента в флегме в верхней части колонны:

'_в =( _нкк + _нккР)/ 2 = (0,42 + 0,95) / 2 = 0,69

'_в =( _нкк + _нккР)/ 2 = (0,48 + 0,96) / 2 = 0,72

Средние мольные '_н и массовая '_н концентрации низкокипящего компонента в флегме в нижней части колонны:

'_н =( _нкк + _нкк )/ 2 = (0,42 + 0,01) / 2 = 0,22

'_н =( _нкк + _нкк )/ 2 = (0,48 + 0,01) / 2 = 0,25

Средние мольные концентрации низкокипящего компонента в паре находим по уравнениям рабочих линий колонны:

для верхней части колонны:

у_в = 0,4906∙х + 0,4840 = 0,4906∙0,69 + 0,4840 = 0,82

для нижней части колонны:

у_н = 1,6585∙х - 0,0066 = 1,6585∙0,22 - 0,0066 = 0,36

Средние температуры пара в концентрационной t'_в и отгонной t'_н частях колонны определяем при средних концентрациях пара

t'_в = = = 70,3 ⁰С

t'_н = = = 93,2 ⁰С

t'_в = 70,3⁰С t'_н = 93,2⁰С

Средние молярные массы пара в верхней М_в и нижней М_н частях колонны:

М_в = М _нкк ∙ у_в + М _вкк ∙ (1- у_в ) = 119,4 ∙0,82 + 92,1 ∙ 0,18 = 114,5 кг/кмоль

М_н = М _нкк ∙ у_н + М _вкк ∙ (1- у_н )= 119,4 ∙0,36 + 92,1 ∙ 0,64 = 101,9 кг/кмоль

Средние плотности пара в верхней ρ_в и нижней ρ_н частях колонны:

ρ _в = = = 3,66 кг/м³

ρ_н = = = 3,05 кг/м³

Хлороформ	[4,стр.318]
Плотность ρнкк, t'в ,кг/м3, при t'в = 70,30С	1394,6
ρ нкк, t'н ,кг/м3, при t'н = 93,20С	1344,4
Толуол	[4,стр.321]
Плотность ρ вкк, t'в ,кг/м3, при t'в = 70,30С	817,7
ρ вкк, t'н ,кг/м3, при t'н = 93,20С	794,8

Средние плотности флегмы в верхней ρ_фв и нижней ρ_фн частях колонны:

ρ_фв = = = 1164,6кг/м³

ρ_фн = = = 885,3кг/м³

Средние объемные расходы пара в верхней V_в и нижней V_н частях колонны:

V_в =G/ ρ _в = 4451,5/(3600 ∙ 3,66) = 0,34 м³ / с

V_н = G/ ρ _н = 4451,5/(3600 ∙3,05) = 0,41 м³ / с

Предельно допустимая скорость для тарелок: коэффициент С_max=0,058 для провальных тарелок при h_т = 400мм[3,стр.323]

v_{max в} = С_max∙ =0,058∙ = 1,03 м / с

v_{max н} = С_max∙ =0,058∙ = 0,99 м / с

Диаметры в верхней и нижней частях колонны находим по уравнению:

D_в = = = 0,65 м

D_н = = = 0,73 м

Поскольку диаметр обеих частей колонны близки, принимаем диаметр колонны D одинаковым для всего аппарата. В соответствии с рядом диаметров колонн принимаем D = 0,8 м.

Фактическая скорость пара в верхней v_в и нижней v_н частях колонны составит:

v_в = = = 0,68 м/с

v_н = = = 0,82 м/с

Выбираем колпачковую тарелку ТСК – 1 по ОСТ 26-01-282-88 со следующими характеристиками:

Свободное сечение колонны, м² – 0,503

Длина линии барботажа, м – 6,0

Периметр слива Lс, м – 0,57

Сечение перелива, м² – 0,021

Свободное сечение тарелки, м² – 0,049

Относительная площадь для прохода паров, % - 9,7

Определение числа практических тарелок в колонне

Коэффициент относительной летучести по колонне:

верха при t'_в = 70,3⁰С t'_н = 93,2⁰С

ln P₁ = 15,9732 - = 6,8974; Р₁ = 969,1 мм.рт.ст.

ln P₂ = 16,0137 - = 5,3224; Р₂ = 201,6 мм.рт.ст.

Низа при t'_н = 93,2⁰С

ln P₁ = 15,9732 - = 7,5468; Р₁ = 1851,5 мм.рт.ст.

ln P₂ = 16,0137 - = 6,1058; Р₂ = 440,2 мм.рт.ст.

Определим динамическую вязкость жидкости

Определим КПД тарелки по диаграмме [5, стр. 63]

· = 4,807·0,3569 = 1,72

· = 4,206·0,2922 = 1,23

Определим количество практических тарелок по колонне: