8.2. Определение давления в колонне

В рассматриваемом примере в верхнем продукте содержится 95% (мольных) метанола, поэтому температура кипения такой смеси будет незначительно отличаться от температуры кипения чистого метанола, которая при атмосферном давлении составляет 64,59°С. В этом случае в дефлегматоре для конденсации паров, поступающих с верха колонны, можно использовать воду. При этом нет необходимости значительно повышать давление в колонне по сравнению с атмосферным. В то же время температура кипения смеси в кубе колонны не может значительно отличаться от температуры кипения высококипящего компонента – воды, так как содержание воды в кубовом продукте составляет 99% (мольных). Следовательно, температуре в кубе колонны будет близка к 100°С. Такая температура не вызовет затруднений при выборе теплоносителя для использования его в кипятильнике колонны.

Поскольку при давлении в колонне, близком к атмосферному, обеспечиваются приемлемые значения температур верха и куба колонны, целесообразно принять давление наверху колонны П_в несколько больше атмосферного для преодоления гидравлических сопротивлений в шлемовой трубе и дефлегматоре.

Принимаем давление верха колонны П_в = 112 кПа; число реальных тарелок в верхней части колонны n = 9, в нижней части колонны – n = 9; гидравлическое сопротивление тарелок в верхней части ∆Р_{в =} 350Па, в нижней части ∆Р_н = 520 Па. Тогда давление в зоне питания П_з.п. и нижней части колонны П_н в соответствии с формулами (13) – (14) составит:

П_з.п. = 112 + 9 · 0,35 = 115,2 кПа;

П_н = 115,2 + 9 · 0,52 = 119,9 кПа.

8.3. Построение диаграммы фазового равновесия в координатах у-х

Для системы метиловый спирт – вода равновесные зависимости для давления П = 101 кПа (близкого к давлению в зоне питания) приведены в работах [11,25]. Равновесные составы паровой и жидкой фаз и температура кипения смесей представлены в табл.5.

Таблица 5

Равновесные составы жидкости и пара при давлении П = 101 кПа

t, °C	x	y
100	0	0
88,1	10	42,2
82,12	20	58,1
78,28	30	66,2
75,57	40	73,3
73,5	50	78,7
71,52	60	83,1
69,7	70	87,6
67,97	80	92
66,27	90	96,2
64,59	100	100

По даны табл.5 строятся диаграммы фазового равновесия в координатах у-х (см. рис.2) и t-x,y (рис.8).

Рис.8. Изобарные температурные кривые кипения и конденсации смеси метиловый спирт – вода.

Давления вверху и внизу колонны отличаются от давления в зоне питания незначительно, поэтому по изобарным температурным кривым кипения и конденсации с достаточной точностью можно определить температуры в зоне питания t_F, наверху t_D и в кубеt_Rколонны.

Так как сырье поступает в колонну при температуре кипения (е=0), для нахождения температуры t_Fдостаточно из точки с абсциссой x_F= 0,51, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в сырье, восстановить перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой кипения. Температура в зоне питания составляет t_F= 73,3°С. Аналогично определяется температура в кубе колонны t_R = 98,8°С. Для определения температуры паров наверху колонны t_D из точки с абсциссой x_D, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в дистилляте, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой конденсации. Температура наверху колонны составляет t_D = 65,4°С.