4. Визначення оптимального флегмового числа

Робоче флегмове число повинно бути більшим за мінімальне флегмове число.

Задаємось декількома значеннями флегмового числа і за рівнянням робочої лінії укріплюючої частини колони (5) при постійній величині Х_F розраховуємо відповідні значення концентрації метанолу у паровій фазі У_F:

R	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2
уF	0,592	1,587	0,565	0,553	0,543	0,523	0,507

Для кожного значення флегмового числа і відповідної концентрації метанолу у паровій фазі у_F будуємо робочі лінії і графічним методом знаходимо число теоретичних тарілок "n". Послідовність дій покажемо на прикладі, коли R = 1,2 і У_F = 0,592.

В координатах У – Х будуємо рівноважну (рис. 4), проводимо допоміжну діагональ, відмічаємо на діагоналі точки з координатами х_D, у_D (точка А) і х_W, у_W (точка W); проводимо вертикаль з точки на осі абсцис х_F; на цій вертикалі відмічаємо точку F з ординатою у_F. З’єднуємо точки D і F,

Рис. 4. Побудова робочих ліній і визначення числа

теоретичних тарілок

а також F і W. Таким чином отримали робочі лінії: W – F – вичерпуючої частини клони і F – D – укріплюючої частини. З точки D будуємо сходинки між робочою і рівноважною лініями. Число сходинок визначає число теоретичних тарілок колони. Число теоретичних тарілок можна розрахувати також як число одиниць перенесення методом графічного інтегрування:

Аналогічним чином будуємо робочі лінії для інших значень R і у_F і визначаємо відповідні значення числа теоретичних тарілок. Розраховуємо також величини n_і(R_і + 1). Заносимо всі отримані величини в таблицю:

R	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2
n	13	12,2	10,8	10,3	10	9,4	9
n(R+1)	28,8	27,6	25,9	25,7	26	26,3	27

Будуємо графік залежності n(R+1) від R. Мінімальне значення n(R+1) визначає оптимальне флегмове число – рис. 5.

Рис. 5. Визначення оптимального флегмового числа

Оптимальне флегмове число R = 1,45.

5. Середні масові витрати (навантаження, кг/с) по рідині для верхньої і нижньої частини колони

Розраховуємо середній мольний склад рідини відповідно у верхній і нижній частинах колони:

х_{с. в} = (х_D + х_F)/2 = (0,974 + 0,273)/2 = 0,62

х_{с. н} = (х_F + х_W)/2 = (0,273 + 0,0085) = 0,14

х_с = (0,62 + 0,14)/2 = 0,38

Середні мольні маси рідини у верхній і нижній частинах колони розраховуємо за рівняннями:

= 32·0,62 + 18(1-0,62) = 26,68

= 32·0,14 + 18(1-0,14) = 19,96

Мольна маса вихідної суміші

М_F = М_Ах_F + М_В(1 – х_F) = 32·0,273 + 18(1-0,273) = 21,83

Середні масові витрати рідини у верхній і нижній частинах колони, приймаючи, що молекулярна маса дистиляту дорівнює молекулярній масі метанолу:

L_в = G_DRМ_в/М_D = 0,552·1,45·26,68/32 = 0,667 кг/с.

L_н= G_DRМ_н/М_D + G_FМ_н/М_F=0,552·1,45·19,96/32 + 1,39·19,96/21,83=1,77 кг/с.