5.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число.

[2. c. 228-230]

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определяется из уравнения материального баланса колонны:

F= P + W W=F-P

F*x’_f = P*x’_p + W*x’_w P=

W= кг/с,

P= 4.028-2.757=1.271 кг/с

Мнк=92 кг/кмоль; Мвк=84 кг/кмоль;

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. В расчетах применяют оптимальное значение флегмового числа. Для оценки Rопт нет достаточно точных методов определения, поэтому используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения).

=R/Rmin; Rmin- минимальное флегмовое число находится по равновесной зависимости:

R_min==1.781

Рабочее число флегмы определяем на кафедре ПАХТ при помощи расчетной программы Рабитек-1:

Rусл опт=2.649

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют по следующим формулам:

L_и=P*R*M_в/M_p;

L_н=P*R*M_н/M_p + F*M_н/M_f; [2. с. 229]

где M_p и M_f - мольные массы дистиллята и исходной смеси: M_в и M_н - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны. Мольная масса дистиллята и исходной смеси была рассчитана выше.( M_p= 150,94 кг м/кмоль см; M_f= 99,18 кг м/кмоль см)

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

М_в=M_нк*x._ср.в + M_вк*(1 - x_ср.в);

M_н=M_нк*x_ср.н + M_вк* (1 - x_ср.н); [2. стр.230]

Средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны рассчитываются по следующим соотношениям:

x_ср.в=(x_p + x_f)/2=(0.9685 + 0.165)/2=0,567 кмоль/кмоль см;

x_ср.н=(x_f + x_w)/2=(0.156+ 0.0063)/2=0,086 кмоль/кмоль см;

Тогда

М_в=58*0,567 + (1 - 0,567)*18=40,68 кг/кмоль;

M_н=58*0,086 + (1 - 0,086)*18=21,43 кг/кмоль,

Отсюда

L_в=(1,822*2,363*40,68)/56,74=3,09 кг/с;

L_н=(1,822*2,363*21,43)/ 56,74+ (4,78*21,43)/24,62=5,79 кг/с;

Средние массовые потоки пара в верхней G_в и нижней G_н частях колонны вычисляются по следующим соотношениям:

Здесь М’в и М’н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны;

М’_в=М_нк*y_ср.в + (1 - y_ср.в)*М_вк;

М’_н=М_нк*y_ср.н + (1 - y_ср.н)*М_вк;

где

y_ср.в=(y_p + y_f)/2=(0,99 + 0.404)/2=0,686 кмоль/кмоль см;

y_ср.н=(y_f + y_w)/2=(0.404 + 0.0063)/2=0,205 кмоль/кмоль см;

Тогда

М’_в=58*0,686+ (1 - 0,686)*18=45,45 кг/кмоль;

М’_н=58*0,205+ (1 - 0,205)*18=26,21 кг/кмоль;

Отсюда

G_в=1,822*(2,363 + 1)* 45,45/56,74=4,91 кг/с;

G_н=1,822*(2,363 + 1)*26,21 /56,74=2,831 кг/с.

Плотность паров в верхней и нижней частях колонны вычисляются по формулам [2. c. 231]:

, ,

Подставляя численные значения получим:

кг/м³,

кг/м³.

Формулы взяты из [2 стр.229-230].

5.2 Расчет диаметра ректификационных колонн.

Предельно допустимую скорость пара в колонне рассчитываем по уравнению::

, [2. c. 205] , где d_л – диаметр колпачка, м; h_л –расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки, м.

м,

Аналогично для низа колонны =1,8 м.

Диаметр колонны вычисляется по следующей формуле

где - скорость газа в колонне, м/с; d_э – эквивалентный диаметр отверстия, м; F- доля свободного сечения тарелки, м²/м²; _х и _в –вязкость соответственно жидкой фазы и воды при температуре 20⁰С.

=1,627 м

Аналогично для низа колонны d_н=1,647 м.

Принимаем стандартный диаметр колонны 1,8 метра

При этом действительные скорости в колонне составят:

=0,787*(1627/1,8)²=0,64 м/с

=0,8*(1,647/1,8)²=0,67 м/с