Файл: Расчет ректификационной колонны по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии.docx

2.5.4 Расчет теплового баланса ректификационной колонны

Составим тепловой баланс без учета теплопотерь в окружающую среду для участка 1 ректификационной колонны.

Тепловой баланс колонны включает:

Статьи прихода – тепло вносимое сырьем и через кипятильник ,

, (45)

Статьи расхода – тепло выносимое дистиллятом , остатком и через конденсатор :

, (46)

где – подвод тепла,

– отвод тепла.

. (47)

Расходы сырья , дистиллята , остатка рассчитаны выше.

Построим комбинированную диаграмму и по ней определим минимальный теплоподвод и теплосъем.
Энтальпия сырья h_F=8000 ккал/кмоль;

Энтальпия остатка h_W=5580 ккал/кмоль;

Энтальпия дистиллята H_D=9320 ккал/кмоль;

Минимальный теплоподвод P_min(W)=5200 ккал/кмоль;

Минимальный теплосъем P_min(D)=22280 ккал/кмоль.

По диаграмме найдем:

- величину (48)

ккал/кмоль;

- величину (49)

ккал/кмоль;

По полученным данным рассчитаем и :

(50)

(51)

---

ккал/ч

ккал/ч
В режиме рабочего орошения флегмовое и паровое числа больше минимального в 1,1-1,35 раз. В соответствии с этим Q_D больше Q_Dmin в 1,1-1,35 раз. По условию задания имеем коэффициент избытка теплоподвода n'=1,40, тогда

, (52)

ккал/ч

, (53)

ккал/ч

По полученным данным построим главную рабочую линию

(54)

ккал/кмоль

Отметим точку P(D). Затем соединим полученную точку P(D) с точкой F и найдем точку P(W).



Проверим, с какой точностью сходится тепловой баланс:





6 661 084,524=6 831 732,748

Погрешность:



Погрешность меньше 5%, следовательно, тепловой баланс сходится.

В результате расчета режимов минимального и рабочего орошения мы определили минимальный теплоподвод и теплосъем. По полученным данным построили главную рабочую линию на энтальпийной диаграмме, определили энтальпии сырья, дистиллята и остатка, а также составили тепловой баланс колонны, который сошелся.
2.6 Расчет режима полного орошения
Режим полного орошения – режим работы колонны, когда число теоретических тарелок в колонне N = N_minи флегмовое число R → ∞.

Для аналитического расчета минимального числа тарелок рассчитаем коэффициенты относительной летучести вверху и внизу колонны - и . определяется как отношение давления насыщенных паров бензола к давлению насыщенных паров толуола при температуре верха колонны t=93,862°C.

---

определяется аналогично, но при температуре низа колонны t=125,539°C.

Получаем: .

, (56)

, (57)

,

.
Средний коэффициент относительной летучести определим из уравнения:

, (57)

.

Для расчета минимального числа тарелок воспользуемся уравнением Феиске-Андервуда:

, (58)



Полученное число округляем и получаем, что число минимальных тарелок, соответствующих режиму полного орошения равно 10.

---

2.7 Расчет числа тарелок на комбинированной и x-y-диаграмме

2.7.1 Расчет числа теоретических тарелок на xʹ-yʹ диаграмме

Полная колонна состоит из укрепляющей части, отгонной части и зоны питания. Укрепляющая колонна характеризуется флегмовым числом. Флегмовое число – отношение расхода жидкости по высоте колонны к дистилляту.

. (59)

Найдем минимальное флегмовое число для чего на диаграмме отложим прямую, соединяющую точку D и сырьевую точку F.

Рисунок 10 – Расчет минимальных флегмового и парового числа на диаграмме

Отрезок, отсекаемый на оси Y, будет численно равен:

. (60)

Находим по диаграмме:

.

откуда находим .

Рабочее флегмовое число равно произведению минимального флегмового числа на коэффициент избытка теплоотвода n'=1,40:

(61)

.

Тогда – отрезок, отсекаемый прямой DF по оси y’ в режиме рабочего орошения.

Отгонная колонна характеризуется паровым числом. Паровое число – отношение количества пара колонны к остатку.

. (62)

Найдем минимальное паровое число, для чего на диаграмме отложим прямую, соединяющую точку W и сырьевую точку F.

Отрезок, отсекаемый на оси Х, будет численно равен:

, (63)

.

Откуда находим:

Рабочее паровое число равно произведению минимального парового числа на коэффициент избытка теплоотвода n' =1,40:

---

, (64)

.

Отложим на диаграмме и   и соединим эти точки соответственно с точками D и W. Результатом пересечения этих двух прямых будет точка F`.

Соединяем точки F' и D и получим рабочую линию, оперативную линию для укрепляющей части колонны; соединяем точки F' и W и получим еще одну рабочую линию, оперативную линию для отгонной части колонны.

Опускаем из точки F прямые, параллельные осям, на полученные оперативные линии и получим соответствующие точки А и В. Соединяя вогнутой линией эти точки получим оперативную линию зоны питания колонны.

Таким образом, имеем ломаную линию WBAD – рабочую линию полной колонны. Между этой кривой и прямой равновесия строим ступенчатую линию и получаем рабочее число теоретических тарелок в режиме полного орошения по x-y- диаграмме в случае допущения: флегмовое и паровое числа постоянны R=const, П=const.

Рисунок 11 – Расчет рабочего числа теоретических тарелок в режиме полного орошения на диаграмме

По диаграмме число теоретических тарелок N =16.

2.7.2. Расчёт числа теоретических тарелок на комбинированной диаграмме

Расчет числа тарелок на комбинированной диаграмме начнем с верха колонны (рисунок 12).  



Рисунок 12 – Схема потоков концентрационной части колонны

Расчет проводится путем последовательного определения составов пара и жидкости, стекающей с очередной тарелки. Для этого точку D с энтальпийной диаграммы перенесем на изобару (на линию пара). Так как D и g₁ – это равновесные потоки, то расход жидкости g₁ можем найти на линии жидкости, проведя изотерму. Затем точку g₁ переносим на энтальпийную диаграмму. Так как G₂ и g₁ - встречные потоки, то состав паровой фазы найдем с помощью рабочей линии, получаемой соединением точки D и точки g₁ на кривой - энтальпии жидкости. Точка G

---