76

G f , Gd , Gw - расход исходной смеси, готового продукта (дистиллята) и ку-

бового остатка; a f , ad , aw - массовое содержание летучего компонента в ис-

ходной смеси, готовом продукте и кубовом остатке, соответственно.

Как правило, при расчетах процесса ректификации известны все три кон-

центрации и один из расходов смеси. Поэтому составляется система уравнений

материального баланса, из которых определяется недостающие составляющие.

3.4 Тепловой баланс ректификационной колонны

Цель – определение расхода первичного энергоносителя, например, расхо-

да греющего пара. На рисунке 3.7 представлена структурная схема потоков энергии ректификационной колонны.

удаляемого из кипятильника (куба-испарителя) кубового остатка, находится как температура насыщения по aw ;

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

та определяются из таблицы или номограммы [5] в зависимости от tw .

С учетом потерь теплоты в окружающую среду в размере 5 % от общего количества тепла из уравнения теплового баланса (3.12) определяется расход греющего пара на процесс ректификации

ратура охлаждающей воды на входе в теплообменные аппараты и на выходе из них, соответственно.

Общий расход охлаждающей воды в установке

79

3.5 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

(табл. XLIII [5]) выписываются равновесные составы жидкости и пара для би-

нарной смеси заданных веществ и их температура насыщения (смотри табли-

цу 3.1). Перечисленные характеристики оформляются в виде таблицы

Строится диаграмма равновесия для заданной бинарной смеси (рису-

нок 3.8). По заданным массовым содержаниям летучего компонента в исходной

смеси a f , в готовом продукте ad и в кубовом остатке aw определяются мо-

лярные доли летучего компонента в исходной смеси x f , дистилляте xd и кубо-

вом остатке xw по формулам:

где μa и μb – молярная масса летучего и нелетучего компонентов смеси, соот-

ветственно.

80

На оси OX откладываются точки, соответствующие составам кубового ос-

татка xw , исходной смеси x f и дистиллята xd . Проводятся через эти точки

Рисунок 3.8 - Графическое определение числа теоретических тарелок

вертикали. Находится молярная доля летучего в парах, равновесных жидкости питания yf (это же можно сделать по таблице равновесного состава). Обозна-

чаются точки М и W.

где xd – молярная доля летучего компонента в дистилляте (готовом продукте); x f – то же в исходной жидкости (питании) колонны.

Рабочее (действительное) флегмовое число принимается больше теорети-

ческого

81

где - коэффициент избытка флегмы, принимается 1,5...2,5.

Рабочее флегмовое число можно определить также по формуле

R 1

ка F получается 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 равно-

весия 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 ректифика-

ционной колонны nт .

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

релок, устанавливаемое в колонне, должно быть больше теоретического и оп-

где ηт – КПД тарелки, зависящий от типа тарелки, ее размеров, давления в ко-

лонне и др., определяемый, например, для колпачковых тарелок по графику,

приведенному на рисунке 3.9 [2] или по формуле, описывающей этот график