3.6.7 Варианты заданий
Таблица 3.13 – Варианты заданий
№ вар. |
L, л/с |
V, м3/с |
Ky, кмоль м2·с |
m |
Yнач, г/м3 |
Yзад, г/м3 |
Xвх, г/л |
1 |
28 |
15 |
0.0085 |
0.8 |
36 |
3.0 |
3.0 |
2 |
40 |
22 |
0.0080 |
1.2 |
42 |
3.5 |
2.4 |
3 |
42 |
24 |
0.0090 |
0.9 |
38 |
2.0 |
1.8 |
4 |
36 |
12 |
0.0080 |
1.1 |
40 |
2.5 |
2.2 |
5 |
38 |
17 |
0.0085 |
1.0 |
39 |
3.0 |
2.8 |
6 |
40 |
28 |
0.0090 |
1.2 |
44 |
4.0 |
1.6 |
7 |
25 |
10 |
0.0090 |
0.8 |
35 |
2.5 |
2.0 |
8 |
28 |
18 |
0.0080 |
0.9 |
29 |
2.8 |
2.4 |
9 |
31 |
15 |
0.0085 |
1.0 |
32 |
3.0 |
2.2 |
10 |
44 |
12 |
0.0095 |
1.1 |
40 |
3.5 |
2.6 |
11 |
20 |
7 |
0.0090 |
1.2 |
37 |
2.9 |
1.5 |
12 |
38 |
14 |
0.0080 |
0.8 |
35 |
3.1 |
2.9 |
3.7 Расчёт ректификационной колонны
3.7.1 Постановка задачи
Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Простая перегонка не дает возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки – ректификацию.
Ректификация – разделение жидкой смеси на компоненты путем противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости. Этот процесс включает переходы вещества из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую.
Ректификационные колонны применяют для разделения бинарных и многокомпонентных смесей. Как правило, они представляют собой цилиндрические аппараты, в которых закреплены тарелки.
3.7.2 Вывод математического описания
Исходная смесь поступает на тарелку питания, и по мере стекания на нижерасположенные тарелки из неё испаряются низкокипящие компоненты, и происходит исчерпание их из жидкой фазы. В связи с этим нижняя часть колонны (под тарелкой питания) называется исчерпывающей частью. Зависимость состава пара (y) над тарелкой от состава жидкости (x) определяется уравнением рабочей линии:
,
(58)
где R – флегмовое число;
f – загрузочное число;
xW – концентрация низкокипящего компонента в остатке.
Рис. 3.11 – Схема ректификационной установки
На верхнюю тарелку ректификационной колонны подаётся флегма для создания нисходящего потока жидкости в верхней (укрепляющей) части колонны. Стекая по тарелкам и взаимодействуя с паром жидкость, всё более обогащается высококипящим компонентом, конденсирующимся из пара. Состав пара над тарелкой в укрепляющей части колонны в зависимости от состава жидкости определяется уравнением рабочей линии:
,
(59)
где xp – концентрация низкокипящего компонента в продукте.
Для расчета колонны приняты допущения:
Объем паров, поднимающихся по колонне, постоянный.
Количество жидкости, стекающей с тарелки на тарелку также постоянно и равно для верхней части колонны количеству флегмы, я для нижней части колонны – количеству питания и флегмы.
Состав жидкости на нижней тарелке колонны равен составу остатка.
Состав пара, покидающего колонну, равен составу продукта.
Алгоритм расчёта зависит от того, какую тарелку принять за первую (верхнюю или нижнюю). Если начать расчёт с нижней тарелки, то при известном составе жидкой фазы (равен составу остатка) необходимо найти состав пара над тарелкой по уравнению равновесия:
,
(60)
где α – относительная летучесть низкокипящего компонента (α=Pнк/Рвк);
Рнк – парциальное давление низкокипящего компонента при данной температуре, Па;
Рвк – парциальное давление высококипящего компонента при данной температуре, Па;
Х – концентрация низкокипящего компонента в жидкой фазе.
Затем необходимо из уравнения (1) найти состав жидкой фазы на вышерасположенной тарелке:
.
(61)
После этого определяется состав паровой фазы на ней и т.д. от тарелки к тарелке, пока концентрация низкокипящего компонента в жидкой фазе не станет равной или больше, чем в питании. Далее расчёт продолжается по такой же методике, но с использованием уравнения рабочей линии укрепляющей части колонны.
,
(62)
Расчёт оканчивается при достижении концентрации низкокипящего компонента, заданного в условии расчёта (Хр).