Файл: Расчёт ректификационной установки.docx

– изобарные мольные теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов в жидких фазах, кДж/кг.

Скрытая теплота парообразования смеси:



где – мольная скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Энтальпия кипящей жидкости:



Энтальпия сухого насыщенного пара:



В диапазоне температур кипения чистых компонентов определяют энтальпию кипящей жидкости по формуле (3.13) и энтальпию насыщенного пара по формуле (3.14).

Приведем расчет для температуры 104 ^оС:

Изобарные мольные теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов в жидких фазах:

















Расчеты для остальных температур выполняем аналогично и сводим в таблицу 3.4.
Таблица 3.4 ‒ Данные для построения диаграммы фазового равновесия h=f(x,y)

t, оС	100	104	108	112	116	118,1
Ра, кПа	100,0	117,3	134,7	154,2	175,9	188,3
Рв, кПа	56,9	65,1	74,2	84,4	95,7	100,0
ха	1,00	0,67	0,43	0,22	0,05	0,00
уа	1,00	0,78	0,57	0,34	0,09	0,00
, кДж/(кмоль·К)	76,1	100,2	117,8	132,6	144,9	148,8
, кДж/кмоль	40212	34638	30563	27158	24305	23400
, кДж/кмоль	7614	10424	12727	14847	16807	17573
, кДж/кмоль	47826	45062	43290	42005	41112	40973

---

Диаграммы фазового равновесия h=f(x,y) представлена на рисунке 3.3.

3.1.4 Графический метод определения теоретического числа тарелок методом Мак ‒ Кэба ‒ Тиле

1. 
   Строим диаграмму фазового равновесия y=f(x).
   
2. 
   Построение точки а. X_Р = 0,85 пересекаем с главной диагональю.
   
3. 
   Построение точки с. X_w = 0,05 пересекаем с главной диагональю.
   
4. 
   Построение точки d. На оси ординат от «0» откладываем значение отрезка В, который рассчитывается по формуле:
   

где где определяем подиаграмме фазового равновесия y=f(x=0,4).

(3.15) (3.16) (3.17)

5. 
   Через точку а и точку d проводим рабочую линию укрепляющей части колонны. Получаем отрезок аd.
   
6. 
   На эту рабочую линию выносим значение концентрации НКК X_f=0,4 в исходной смеси. Получаем точку в. Эта точка характеризует концентрацию НКК на питательной тарелке. Так как питательная тарелка разделяет укрепляющую и исчерпывающую части колонны, то здесь заканчивается укрепляющая часть и с нее начинается исчерпывающая часть.
   
7. 
   Через точку с в точку в проводим рабочую линию исчерпывающей части колонны.
   
8. 
   Построив рабочие линии, можно приступить к изображению процессов фазовых переходов, проходящих в жидкой фазе на тарелках. Очерчиваем область, лежащую между рабочими линиями abc и кривой равновесия.
   
9. 
   Находим теоретическое число тарелок, строя ступени в рабочей области из точки а в точку с.
   
10. 
    Количество таких ступеней до точки в определяет число теоретических тарелок в укрепляющей части колонны. Аналогичные построения от точки в до точки с дают число теоретических тарелок в исчерпывающей части колонны.
    

Теоретическое число тарелок в укрепляющей части = 6 шт.

---

Теоретическое число тарелок в исчерпывающей части =8 шт.

Суммарное число тарелок ‒ 14 шт.

3.1.5 Графический метод Поншона ‒ Меркеля в координатах h ‒ x,y.

Определение теоретического числа тарелок по методу Поншона – Меркеля производится с помощью энтальпийной диаграммы h ‒ x,y.

В энтальпийной диаграмме необходимо определить теоретическое число тарелок, не используя понятия рабочей линии, т.е иным путем устанавливая связь между сопряженными концентрациями компонента А (НКК) в жидкости и паре. С этой целью необходимо определить положение двух полюсов (Sв; Sн) верхней укрепляющей и нижней отгонной частей колонны, через которые можно проводить лучи, соединяющие точки сопряженных составов газовой и жидкой фаз в любом сечении аппарата.

Верхний полюс колонны определим с помощью минимального теплоотвода в конденсаторе, который определим графически (1 способ), а также удельного теплового потока в конденсаторе, рассчитанного по формуле (2 способ).

Построение энтальпийной диаграммы h ‒ x,y представлено в пункте 3.1.3.

1. 
   Отмечаем т.1 ‒ точку пересечения линии h’ и х_w =0,05;
   
2. 
   Отмечаем т.2 ‒ точку пересечения линии h’ и х_f =0,4;
   
3. 
   Отмечаем т.3 ‒ точку пересечения линии h’ и х_Р=0,85;
   
4. 
   Отмечаем т.4 на линии h’’(у_а); по х_f =0,4 на диаграмме y=f(x) находим у_f =0,54.
   
5. 
   Проводим изотерму через точки 2 и 4. Получаем точки 5 и 6. Отрезок 5 ‒ 6 – вспомогательный луч.
   
6. 
   Определим q_конд и q_исп:
   

7. 
   Определяем положение верхнего и нижнего полюса:
   

Точка 7 = S_в (верхний полюс):



Точка 8 = S_н (нижний полюс): главный луч S_в ‒ т. 2 х_w = 0,05;

8. 
   Точка 9. Главный луч S_в ‒ S_н  h’’.
   
9. 
   Точка 10. Луч S_в ‒ 4 пересекает h’.
   
10. 
    По х₁₀ определяем у₁₁ (по диаграмме t,x,y).
    

Далее аналогично пока x< х_Р=0,85

11. 
    Главный луч S_вS_н пересекает h’’ в точке 9.
    
12. 
    По у₉ определяем х₂₀ (по диаграмме t,x,y).
    
13. 
    Точка 21. х₂₀ пересекает h’.
    

Далее аналогично пока x> х_w=0,05

Таким образом число тарелок по методу Поншона ‒ Меркеля: в укрепляющей части колонны ‒ 6 тарелок, в исчерпывающей части колонны – 7 тарелок.

---

Суммарное число тарелок ‒ 13 шт.

3.1.6. Метод с расчётом удельного теплового потока в конденсаторе

Построение диаграммы и выполнение первых шагов построения аналогично предыдущему способу.

Определяется удельный тепловой поток в конденсаторе по формуле:

(3.18)

где ‒ скрытая теплота фазового перехода дистиллята.

(3.19)

Процесс построения методом изотерм аналогичен предыдущему способу.

Таким образом, число тарелок по методу Поншона ‒ Меркеля (2 способ): в укрепляющей части колонны – 6 тарелки, в исчерпывающей части колонны – 6 тарелок.

В дальнейшем для расчетов принимаем число тарелок в укрепляющей части колонны ‒ 6 тарелок, в исчерпывающей части колонны – 8 тарелок. Суммарное число тарелок ‒ 14 шт.

3.1.7. Определение действительного числа тарелок

Количество реальных (действительных) тарелок:

(3.20)

где ‒ теоретическое число тарелок;

‒ КПД контактного устройства, принимаем = 0,8.

Тогда действительное число тарелок в укрепляющей части колонны:



Действительное число тарелок в исчерпывающей части колонны:



Общее число тарелок в колонне – 18 штук.

---

---