Действия для разделения бинарных смесей

 

Задача расчета сводится к определению основных размеров колонны (диаметра, высоты), характеристик и размеров элементов внутреннего устройства (тарелок, колпачков, насадки), материальных потоков и затрат тепла (рисунок 7.18).

При расчете ректификации принимается, что:

1) исходная смесь подается в аппарат при температуре кипения;

2) смесь бинарная А+В;

3) удельные теплоты парообразования примерно равны: r_A = r_B, (если бы r_B > r_A, то расход пара увеличился бы, т.к. при конденсации компонента В выделялось бы больше количества тепла, чем для испарения 1 кмоль компонента А);

4) процесс в колонне адиабатический;

5) куб колонны и дефлегматор не обладают разделяющими свойствами:

а) пар, подающийся из куба, равен составу кубовой жидкости;

б) состав дистиллята равен составу пара, приходящего в дефлегматор.

Порядок расчета:

а) определение равновесных зависимостей:

- ;

– представление справочных данных в форме таблиц;

– построение диаграмм состояния Р–х(у), t–х(у), х–у;

б) определение материальных потоков:

– по потокам

                                        ;                              (7.22)

– по легколетучему компоненту

                                   ;                     (7.23)

– для верхней части колонны

                           ;                       (7.24)

                               ,                                    (7.25)

где D – количество паров, поднимающихся по колонне;

– уравнение рабочей линии верхней части колонны:

                                 ,                         (7.26)

где    R – флегмовое число определяемое,

                                        .                                    (7.27)

Уравнение (7.26) представляет собой уравнение прямой

,

где ;

.

Прямая строится по двум точкам (рисунок 7.19). Первая точка лежит на диагонали квадрата с координатой х = х_d. Вторая точка отсекает на оси y отрезок ОВ;

– для нижней части колонны:

                                        .          (7.28)

Удельный расход исходной смеси определится как

;

уравнение рабочей линии нижней части колонны:

,                          (7.29)

где  f – количество питания, приходящееся на один кмоль дистиллята

.

Уравнение (7.29) представляет собой уравнение прямой .

Первая точка лежит на рабочей линии для верхней части колонны при значении  х=х_F. Вторая точка лежит на диагонали квадрата с координатой х=х_W (рисунок 7.20);

в) определение геометрических размеров:

– диаметр ректификационной колонны определяется из уравнения расхода

,

где   w₀ – фиктивная скорость газа, т.е. скорость, отнесенная к полному сечению колонны, м/с;

– высота ректификационной колонны с числом тарелок n и расстоянием между тарелками h (значение h=0,2 до 0,6 м);

 – общая высота колонны;

 – высота тарельчатой части;

h_в и h_н – расстояния над тарельчатой и подтарельчатой частями колонны;

г) определение оптимального флегмового числа R.

При увеличении значения числа R высота ОВ (см. рисунок 7.19) уменьшается, следовательно, рабочая линия для верхней части колонны смещается вниз, что приводит к уменьшению числа теоретических ступеней. То есть . При  расход дистиллята , в этом случае колонна работает «на себя» – количество жидкости, поступающей в колонну, будет максимальным, так как нет отбора дистиллята и вся жидкость (флегма) возвращается в колонну.

При уменьшении флегмового числа разделение возможно только в колонне бесконечно большой высоты. При этом расходы теплоты в кубе и конденсаторе будут наименьшими. Следовательно, необходимо искать оптимальное флегмовое число (рисунок 7.21), что осуществляется с помощью технико-экономического расчета. Задача технико-экономического расчета – минимизировать функции затрат в зависимости от значения числа R.

 

Тепловой расчет колонны

Тепловой баланс ректификационной колонны представлен на рисунке 7.22.

Рисунок 7.22 – К тепловому

расчету ректификационной колонны

Теплота, затрачиваемая на проведение процесса ректификации, вносится в систему с теплоносителем в кипятильнике. Для проведения процесса ректификации необходимо подвести тепло для испарения флегмы, испарения дистиллята, нагрева кубового остатка от температуры кипения смеси до температуры кипения остатка.

Расход греющего пара на проведение процесса определяют из теплового баланса (Пр=Ух).

Приход теплоты:	Уход теплоты:
– с греющим паром Qгр.п.;	– с кубовым остатком Qкуб.;
– с исходным раствором Qисх.;	– со вторичным паром Qвт.п.;
– с флегмой Qф	– потери в окружающую среду Qпот..

Уравнение теплового баланса для ректификационной колонны:

         (7.30)

 

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: