2.5. Определение расхода пара и флегмы.

Поток пара и флегмы в колонне и массовые концентрации в них низкокипящего компонента показаны на рис. 5.Если доля отгона сырья на входе к колонну не равна нулю, то в зоне питания изменяется массовый расход флегмы.

Паровой поток G₀, вносимый в колонну сырьем определяется из соотношения:

G₀ = G_F е (30)

Жидкий поток g₀, вносимый в колонну сырьем определяется из соотношения:

g₀ = G_F (1-е) (31)

В результате смешения паров G₀ и пара, поступающего из нижней части колонны, G₂ в верхнюю часть колонны уходит паровой поток G:

G= +G₂ (32)

Если молярные теплоты испарения разделяемых компонентов близки, можно принять, что G , и рассчитывать паровой поток, поступающий из зоны питания в верхнюю часть колонны, из соотношения:

G = G_D (R_опт + 1) (33)

Паровой поток G₂, поступающий в зону питания из нижней части колонны:

G₂=G-G₀ (34)

В зону питания из верхней части колонны поступает поток флегмы g₂, расход которого определяется соотношением:

g₂ =R_опт G_d (35)

В результате смешения в зоне питания потока флегмы g₂ и жидкого потока сырья g_o в нижнюю часть колонны стекает поток флегмы:

g = g₀ + g₂ (36)

Рис.5. Схема потоков в зоне питания и верхней части колонны.

Массовая концентрация низкокипящего компонента _см во флегме поступающей на последнюю тарелку нижней части колонны (счет тарелок в нижней части колонны идет снизу вверх), определяется соотношением:

_см = (37)

Ориентировочно можно принять, что:

= 1,05 (38)

Массовую концентрацию низкокипящего компонента у₂ в паровом потоке G₂, поднимающегося с последней тарелки нижней части колонны в зону питания, составляет:

₂ = (39)

Массовая концентрация низкокипящего компонентаy_cм, в паровом потоке G, покидающем зону питания определяется из уравнения:

_см =

Концентрация низкокипящего компонента в паровом ₀и жидком потоке сырья определяется в результате расчета процесса однократного испарения [8,сю 220; 9, с 67]. Если доля отгона равна нулю, = .

Если доля отгона е=0, _см и ₂= _см

Если доля отгона е=1, _сми _{2 см 2}(41)

Если доля отгона 1 е 0, _см и _{2 см 2}

Если молярные теплоты испарения компонентов разделяемой смеси отличаются незначительно, то приближение можно считать, что расход флегмы в верхней части колонны не изменяется, т.е.

g₂ =g₁ (42)

3.0 Тепловой баланс колонны.

Тепловой баланс колонны составляется на основе закона сохранения энергии и может быть записан в виде уравнения:

(43)

Где, – тепловой поток, передаваемый теплоносителем в кипятильнике испаряющейся жидкости; - тепловой поток, передаваемый в дефлегматоре хладагенту при конденсации и охлаждении флегмы и дистиллята; – тепловые потери в окружающую среду; – энтальпия жидких дистиллята и кубового остатка; - энтальпия сырья.

Из уравнения (43) значение энтальпии сырья определяется с учетом его фазового состояния. Если доля отгона е=0, берется энтальпия жидкости если доля отгона е=1 в уравнение (43) подставляется энтальпия пара ; если доля отгона 1 е 0, вычисляется энтальпия парожидкостной смеси по уравнению:

= е + (1-е) (44)

В случае холодного испаряющегося орошения тепловой поток, отводимый хладагентом в дефлегматоре (конденсаторе-холодильнике), определяется из соотношения:

= (45)

Где, - теплота конденсации паров, поступающих в дефлегматор; – теплоемкость жидкого дистиллята (флегмы); – температура верха колоны и флегмы, поступающей на орошение.

Холодная флегма поступает на орошение верха колонны при температуре , меньше, чем температура наверху колонны . Расход флегмы с достаточной для технических расчетов точностью может определятся из соотношения:

= (46)

Где, – энтальпия пара, поступающего в дефлегматор при температуре ; – энтальпия флегмы при температуре .

Потери теплоты колонны в окружающую среду обычно принимают от 3% до 5% от теплоты, полезно используемой в аппарате.

(0,03 0,05) ( ) (47)

Из уравнения теплового баланса колонны определяется расход теплоты , который сообщает в кипятильнике кипящей флегме для создания парового орошения. Расход теплоносителя в кипятильнике колонны составляет:

= (48)

Где, – соответственно начальная и конечная энтальпия теплоносителя в кипятильнике.

Расход хладоагента в дефлегматоре = (49)

Где, – соответственно начальная и конечная энтальпия хладоагента в дефлегматоре.