51

здесь ca и cb – соответственно теплоемкость летучего и нелетучего компонен-

та определяются из таблицы или номограммы [8] в зависимости от tw .

С учетом потерь теплоты в окружающую среду в размере 5 % от общего количества тепла из уравнения теплового баланса (3.3) определяется расход

греющего пара на процесс ректификации

Составив уравнения тепловых балансов дефлегматора и конденсаторахолодильника, можно найти:

- расход воды, поступающей в дефлегматор,

t1 и t2 - температура охлаждающей воды на входе в теплообменные аппараты и

3.3 Расчет ректификационных колонн

Расчет колонн может осуществляться двумя методами: − метод теоретических тарелок; − метод числа единиц переноса.

Метод теоретического числа тарелок получил более широкое примене-

ние, т.к. он проще метода числа единиц переноса в связи с принятыми допуще-

52

ниями о постоянстве физических свойств паров и жидкости в пределах одной ступени контакта (тарелки) или для небольшого слоя насадки.

Для упрощения расчета сделаны следующие допущения:

−исходная смесь перед подачей в колонну нагревается до температуры кипения tf ;

−расход поднимающихся паров и стекающей жидкости по высоте колонны не изменяется, меняется их состав;

−концентрация паров, выходящих из колонны равна концентрации дистиллята (или флегмы) yd = xd ;

−концентрация паров, образующихся в кубе равна концентрации кубового остатка yw = xw .

3.3.1 Определение числа тарелок в ректификационной колонне

В инженерной практике определение числа тарелок в ректификационной колонне осуществляется графоаналитическим методом с помощью диаграммы равновесия x, y , которая строится по справочным данным. Из литературы (таблица XLIII [8]) выписываются равновесные составы жидкости и пара для бинарной смеси заданных веществ и их температура насыщения. Перечисленные характеристики оформляются в виде таблицы

Строится диаграмма равновесия для заданной бинарной смеси (рисунок 3.3). По заданным массовым содержаниям летучего компонента в исходной смеси a f , в готовом продукте ad и в кубовом остатке aw определяются мо-

Рисунок 3.3 - Графическое определение числа теоретических тарелок

На оси OX откладываются точки, соответствующие составам кубового остатка xw , исходной смеси x f и дистиллята xd . Проводятся через эти точки

вертикали. Находится молярная доля летучего в парах, равновесных жидкости питания yf (это же можно сделать по таблице равновесного состава). Обозначаются точки М и W.

54

Соединяются точки N и M, а также точки W и F отрезками (точка F пол у- чается при пересечении двух рабочих линий и соответствует составу исходной смеси). Отрезки FM и WF – рабочие линии, соответственно, верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны.

Проводятся последовательно из точки М горизонтальные до линии равновесия и вертикальные до рабочей линии отрезки между кривой равновесия и рабочими линиями MF и FW. Последнюю горизонталь провести так, чтобы она пересекла вертикальную прямую x = xw . Число полученных при построении

ступеней соответствует числу теоретически необходимых тарелок ректификационной колонны nт .

Реальный процесс массообмена на контактных устройствах колонны не является идеальным (строго равновесным). Поэтому действительное число

55

тарелок, устанавливаемое в колонне, должно быть больше теоретического и определяется по формуле

где ηт – КПД тарелки, зависящий от типа тарелки, ее размеров, давления в колонне и др., определяемый, например, для колпачковых тарелок по графику, приведенному на рисунке 3.4 [4] или по формуле, описывающей этот график

ηт = 0,49 (μжα)− 0,245 (3.25)

где μж - вязкость разгоняемой жидкости; α - относительная летучесть.

где Тa и Тb – абсолютная температура кипения чистых компонентов.

Рисунок 3.4 – График для определения КПД тарелки