2.4 Определение числа теоретических ступеней (чтс)

Для определения числа теоретических ступеней (ЧТС) изменения концентраций строят рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (рисунок 3). Точка А соответствует составу дистиллята , точка C – исходной смеси , точка D - нижнего продукта .

Отрезок В рассчитывается по формуле:

. (7)

Число теоретических ступеней определяют графическим построением, начиная с тарелки питания (точка С) вверх – для укрепляющей части и вниз – для исчерпывающей части колонны. Ступени строят между рабочей и равновесной линией.

По рисунку определяем:

n_исч=8,5;

n_укр=6;

n_т= n_исч+n_укр=14,5.

Находим те же самые характеристики с помощью компьютерной программы REKT 11:

; ;

ЧЕП укрепляющей части колонны – 4,16;

ЧЕП исчерпывающей части колонны – 5,87;

ЧТС укрепляющей части колонны – 6,40;

ЧТС исчерпывающей части колонны – 8,33.

Определим действительное число тарелок. Для этого найдем КПД тарелки:

,

=70 – 80%, принимаем =75%.

Число реальных тарелок:

, принимаю n_исч = 11; , принимаю n_укр = 9.

Следовательно, общее число тарелок:

n_т = 11+9=20

2.5 Тепловой баланс установки

1) Определение теплоемкости смеси.

Для определения теплоемкости смеси строим температурную зависимость (рисунок 4).

По графику определяем температуры исходной смеси, дистиллята и кубового остатка. При соответствующих температурах находим теплоемкости (таблица 2).

Рисунок 4 – График температурной зависимости

Таблица 2 – Значения теплоемкости

t, ˚C	CA, кДж/(кг·К)	CB, кДж/(кг·К)	Cсм, кДж/(кг·К)
	4,19	2,34	3,82
	4,40	2,35	3,27
	4,61	2,39	2,50

Теплоемкости низкокипящего компонента C_A и высококипящего компонента C_B определяются по номограмме[2, c.562]. Теплоемкости смеси определяются по формуле:

. (8)

С_р = 4,19∙0,8+2,34∙(1-0,8) = 3,82 кДж/(кг·К);

C_f = 4,40∙0,45+2,35∙(1-0,45) = 3,27 кДж/(кг·К);

C_w = 4,61∙0,05+2,39∙(1-0,05) = 2,50 кДж/(кг·К);

2) Уравнение теплового баланса.

Приход:

а) с исходной смесью:

, (9)

где – расход теплоты, приносимый исходной смесью, кВт;

– массовый расход исходного раствора, кг/с;

– теплоемкость исходного раствора, кДж/(кг·К);

– температура кипения исходной смеси, ˚C.

кВт

б) с греющим паром:

, (10)

где – расход теплоты, отдаваемой греющим паром кипящей в трубах испарителя жидкости, кВт;

– расход греющего пара, кг/с;

– энтальпия греющего пара по давлению, кДж/кг.

Принимаем, что температура греющего пара выше температуры нижнего продукта на 20˚C:

˚C.

Принимаем следующие параметры греющего пара [2, c.550]:

˚C;

кгс/см²;

кДж/кг– удельная теплота парообразования;

кДж/кг;

кВт.

в) с флегмой:

, (11)

; ; ;

, (12)

где – расход теплоты, приносимый флегмой, кВт;

– массовый расход флегмы, кг/с;

– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;

– теплоемкость флегмы, кДж/(кг·К);

– теплоемкость верхнего продукта (дистиллята), кДж/(кг·К);

– температура кипения флегмы, ˚C;

– температура кипения верхнего продукта (дистиллята), ˚C;

– оптимальное флегмовое число.

кВт

Расход:

г) с парами из колонны:

, (13)

где – расход теплоты, отдаваемой паром в дефлегматоре, кВт;

– энтальпия паров вскипания, кДж/кг;

– массовый расход паров вскипания, кг/с.

Массовый расход паров вскипания:

, (14)

где – массовый расход флегмы, кг/с;

– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;

– оптимальное флегмовое число.

кг/с

Энтальпия паров вскипания:

, (15)

где – удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг;

– теплоемкость верхнего продукта (дистиллята), кДж/(кг · К);

– температура кипения верхнего продукта (дистиллята), ˚C.

, (16)

где , – удельная теплота парообразования низкокипящего компонента и высококипящего компонента, кДж/кг [2, c.541-542].

˚C кДж/кг; кДж/кг;

кДж/кг;

кДж/кг;

кВт.

д) с кубовым остатком:

, (17)

где – расход теплоты, уносимый нижним продуктом, кВт;

– массовый расход нижнего продукта, кг/с;

– теплоемкость нижнего продукта, кДж/(кг·К);

– температура кипения нижнего продукта, ˚C.

кВт.

е) с конденсатом греющего пара:

, (18)

где – расход теплоты, уносимый конденсатом греющего пара, кВт;

– расход греющего пара, кг/с;

– теплоемкость воды, кДж/(кг·К);

– температура греющего пара, ˚C.

кВт.

ж) теплопотери принимаем 5 % от теплоты, отданной греющим паром в кипятильнике:

, (19)

где – тепловые потери колонны в окружающую среду, кВт;

– расход греющего пара, кг/с;

– удельная теплота парообразования греющего пара, кДж/кг.

кВт.

Суммарное уравнение теплового баланса:

, (20)

,

кг/с.

2.6 Определение диаметра РК

1) Определение расхода пара в верхнем и нижнем сечениях колонны.

Объемный секундный расход пара:

, (21)

где – массовый расход, кг/с;

– плотность пара в условиях колонны, кг/ м³.

, (22)

где – молярная масса смеси, кг/кмоль;

- давление пара в колонне, Па;

– давление пара при нормальных условиях, Па;

– температура пара при нормальных условиях, К;

- температура пара в колонне, К.

Верхнее сечение:

, (23)

где – массовый расход в верхнем сечении, кг/с;

– массовый расход верхнего продукта (дистиллята), кг/с;

– оптимальное флегмовое число.

кг/с;

Молекулярная масса смеси в верхнем сечении определяется по правилу аддитивности:

(24)

кг/кмоль

кг/ м³;

Принимаем давление в верхнем сечении колонны: Па;

К;

м³/с.

Нижнее сечение:

, (25)

где – массовый расход в нижнем сечении, кг/с;

– расход греющего пара, кг/с;

– удельная теплота парообразования греющего пара, кДж/кг;

­– удельная теплота парообразования нижнего продукта, кДж/кг.

, (26)

где , – удельная теплота парообразования низкокипящего и высококипящего компонентов, кДж/кг [2, c.542].

˚C кДж/кг; кДж/кг;

кДж/кг;

кг/с;

кг/кмоль;

;

; мм вод ст;

Принимаем мм вод ст 400 Па;

Общее гидравлическое сопротивление: Па;

Па

К;

кг/ м³;

м³/с.