5.2.6. Виконують конструктивний розрахунок колони.
Розраховують товщину обичайки, кришки і днища, штуцери, фланці, опори.
5.3. Приклад розрахунку сітчастої ректифікаційної колони
Завдання:
Розрахувати неперервно діючу
ректифікаційну колону із сітчастими
тарілками для розділення суміші метиловий
спирт – вода за таких умов: Gƒ =
5000 кг/год. – продуктивність по вихідній
суміші;
;
-
концентрації метанолу в масових частках
у вихідній суміші, дистиляті й кубовому
залишку відповідно
Технологічна
схема
Рис.1. Технологічна схема ректифікаційної установки
Вихідна суміш з витратної ємкості ПЄ відцентровим насосом подається в підігрівач П, де нагрівається до температури кипіння і надходить на живильну тарілку ректифікаційної колони РК. Рідина стікає по тарілкам вниз, попадає в куб, з якого поступає в кип’ятильник К. З кип’ятильника пари рідини поступають в нижню частину колони і рухаються назустріч вихідній суміші. Барботуючи через шар рідини на кожній тарілці, пара збагачується низько киплячим компонентом. Виходячи з колони, пари попадають у дефлегматор Д, де конденсуються. Конденсат поступає у розділювач Р, де поділяється на два потоки: одна частина в якості флегми повертається в колону, стікає по тарілкам вниз і збагачується високо киплячим компонентом, а друга частина (дистилят) надходить в холодильник Х1, охолоджується і зливається у приймальну ємкість ПЄ2. Підчас роботи установки частина рідини з куба відводиться в холодильник Х2 і поступає в приймальну ємкість ПЄ1 як кубовий залишок.
.
1. Матеріальний баланс і продуктивність по дистиляту та кубовому залишку.
Запишемо рівняння матеріального балансу
GF = GD + GW;
,
звідки
GW =
;
GD = GF - GW.
У наведених рівняннях: GF, GD,
GW – відповідно продуктивність
колони по вихідній суміші (задана за
умови проекту), дистиляту і кубовому
залишку, кг/с;
,
,
- концентрації в масових частках вихідної
суміші, дистиляту і кубового залишку.
Отже
GW = 5000(0,985 – 0,4)/[3600(0,985 – 0,015)] = 0,837 кг/с;
GD = (5000/3600) – 0,837 = 0,552 кг/с.
Перерахуємо склад фаз з масових часток в мольні за співвідношенням
,
де МА і МВ – молекулярні маси відповідно метилового спирту і води, кг/кмоль. МА = 32 кг/кмоль; МВ = 18 кг/кмоль.
хF =
=
0,273
Аналогічно знайдемо: хD = 0,974; хW = 0,0085
2. Побудова ізобар температур кипіння і конденсації та рівноважної кривої
Дані по рівновазі беремо з додаку 5.5.
х 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
у 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100
t 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
Рис.2.
Ізобари температур кипіння і конденсації
суміші метанол – вода
Для подальших розрахунків за допомогою побудованих ізобар кипіння і конденсації знайдемо температури:
вихідної суміші tF = 790С; дистиляту tD = 650С; кубового залишку
tW =98,70С
Рис.
3. Рівноважна залежність системи
метанол – вода
3. Визначення мінімального флегмового числа
З рівняння робочої лінії укріплюючої частини колони за умови мінімального флегмового числа (робочі лінії перетинаються на кривій рівноваги)
уF
=
мінімальне флегмове число:
,
де
концентрація в паровій фазі, рівноважна
з концентрацією вихідної суміші
(знайдена по кривій рівноваги на рис.
3).