2. Определение рабочего флегмового числа

Таблица3.1 Равновесие системы бензол-толуол
		t,
0	0	110,05
0,10	0,208	105,31
0,20	0,372	101,46
0,30	0,507	98,0
0,40	0,619	95,05
0,50	0,713	92,3
0,60	0,791	89,74
0,70	0,857	87,29
0,80	0,912	84,99
0,90	0,959	82,68
0,95	0,980	81,43
1,0	1,0	80,13

По данным таблицы 3.1 строим кривую в координатах t – x, y

Рис. 3.1 Диаграмма t – x, y для смеси бензол-толуол

Рис. 3.2 Диаграмма y* – x для смеси бензол-толуол

По значению на диагонали диаграммы у-х находим точку А, а по значению , на линии равновесия точку В. Определяем величину - состав пара, равновесной составу исходной смеси : .

Минимальное число флегмы в ректификационной колонне непрерывного действия, когда кривая равновесия не имеет точек перегиба (впадин) определяем по уравнению [1], стр.321:

  (3.5) где - мольная доля легколетучего компонента в дистилляте;

- то же в исходной жидкости (питании) колонны;

- то же в паре, равновесном с жидкостью питания.

Рабочее число флегмы рассчитаем по уравнению [5], стр.321:

  (3.6)

3. Построение линий равновесия и рабочих

При обогреве куба ректификационной колонны острым паром уравнения рабочих линий принимают следующий вид:

1. Верхней (укрепляющей) части колонны

 (3.7)

2. Нижней (исчерпывающей) части колонны

 (3.8) Относительный мольный расход питания будет равен:

 (3.9)

Рис. 3.3 Рабочие линии процесса

4. Расчет скорости пара и определение диаметра колонны

Вследствие различия скоростей и расходов пара в колонне диаметры укрепляющей и исчерпывающей частей колонны различаются между собой. Поэтому рассчитаем диаметры для верхней и нижней частей колонны, а в дальнейшем, выберем стандартный аппарат одного диаметра по большему из рассчитанных значений и уточним значения скоростей пара в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.

Средние мольные доли низкокипящего компонента в жидкости:

а) в верхней части колонны

 (4.1)

б) в нижней части колонны:

 (4.2)

Средние мольные доли низкокипящего компонента в паровой фазе находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Средние температуры пара определяем по диаграмме t – x, у (рис. 3.1):

а) при ,

б) при .

Средние мольные массы и плотности пара определим, воспользовавшись следующими формулами:

 (4.3)   (4.4) а)

б)

Средние температуры жидкости в верхней и нижней частях колонны определяем по диаграмме t – x, у (рис. 3.1):

а) при ,

б) при .

Плотность бензола: , [1], табл. IV

Плотность толуола: , [1], табл. IV

Средние массовые доли низкокипящего компонента в жидкости:

а) в верхней части колонны

 (4.5)

б) в нижней части колонны:

 (4.6)

Средние плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны рассчитываем по уравнению:

(4.7)

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости определим по формуле:

1.   (4.8)

2.   (4.9) где

мольные массы дистиллята и исходной смеси, кг/кмоль,

средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны, кг/кмоль.

Подставим полученные значения в формулы (4.9), (4.10):

1.   кг/с

2.   кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

  (4.10)

1. 

2.  

Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принимать на 20— 30 % ниже скорости захлебывания.

Предельную фиктивную скорость пара _п, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяем по уравнению:

  _(4.11) Вязкость жидких смесей _х находим по уравнению:

(4.12) - вязкости жидких бензола и толуола при соответствующих температурах в верней и нижней частях колонны, мПа с , [1, табл. IX ].

Тогда

Предельная скорость паров составит:

1. 

отсюда

2. 

отсюда

Примем рабочую скорость  на 20 % ниже предельной:

Диаметр ректификационной колонны определим из уравнения расхода:

  (4.13)

Тогда диаметр верхней и нижней части колонны соответственно равен:

Выберем стандартный диаметр обечайки , одинаковый для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров в колонне будут равны: