4. Технологический расчет

   1. Расчет диаметра тарельчатой ректификационной колонны

      1. Пересчет концентраций

Для расчета материального баланса необходимо перейти от мольных долей к массовым:

где х_W, x_F, x_P – мольные концентрации низкокипящего компонента в кубовом остатке, питании, дистилляте соответственно; М – молекулярные массы.

2. Материальный баланс колонны.

Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:

где:

• F – расход исходной смеси 5 кг/c;

• W – расход кубового остатка кг/c;

• P – расход дистиллята кг/c;

• х_F – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;

• x_W – концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;

• x_P – концентрация легколетучего компонента в дистилляте;

Решая систему этих уравнений, находим расход кубового остатка и дистиллята:

_{F=3,5 тн/час=0,972 кг/с}

3. Расчет минимального флегмового числа

Определяем по диаграмме Х–Y состав пара, равновесного к составу жидкости в исходной смеси:

Рассчитываем R_min в соответствии с формулой:

3. Расчет условно–оптимального флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости (и основные геометрические размеры) определяются рабочим флегмовым числом, найдем условно–оптимальное флегмовое число исходя из минимального объема ректификационной колонны по минимальному значению произведения N(R+1), путем построения графика N(R+1) от R.

Для этого:

1. Задаемся ординатой В_верх

2. Строим на диаграмме Х–Y рабочие линии соответствующие выбранным В_верх, вырисовываем ступени между рабочей и равновесной линиями. Считаем теоретические ступени и результаты расчетов сводим в таблицу:

B	1,1	1,2	1.4	1,6	1.8
R	3,495	3,812	4,448	5,083	5,719
N	20	13	11	10	9
N(R+1)	89,9	62,56	59,93	60,83	60,47

Далее строим график зависимости N(R+1) от R из которого определяем условно–оптимальное флегмовое число.

R_opt = 4,45 будем использовать его в дальнейших расчетах.

5. Расчет мольной массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольная масса исходной смеси:

Мольная масса дистиллята:

6. Расчет скорости пара и диаметра колонны

Диаметр колонны находим из уравнения расхода:

где:

• G – массовый расход пара в колонне, кг/с;

• d – диаметр колонны, м;

•  – скорость пара в сечении колонны, м/с;

• _y – плотность пара, кг/м³.

Свойства пара в верхней и в нижней части колонны будут различны, для учета этого факта расчет свойств жидкости и пара, а также основных геометрических размеров колонны будем проводить отдельно для обеих частей колонны.

Средние массовые расходы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

Средний мольный состав пара в верхней и нижней части колонны:

Средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны:

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

Скорость пара в интервале устойчивой работы ситчатых тарелок ректификационной колонны, можно определить из уравнения:

Расчет скорости пара в верхней и нижней частях колонны:

Плотности паров:

Плотности жидкостей:

Скорость пара:

Из уравнения расхода определяем диаметры верхней и нижней частей колонны:

В соответствии с действующими стандартами [1, стр.197, раздел 5.1.4] выбираем стандартный диаметр колонны: d_в = 0,6 м.

Пересчитаем скорость в верхней и нижней частях колонны на реальный диаметр:

Техническая характеристика ситчатой тарелки типа ТР (ОСТ 26-666–72)

Диаметр отверстий в тарелке, мм	d0 = 5
Шаг между отверстиями, мм	t =15
Свободное сечение тарелки, %	Fc = 11,2
Высота переливного порога, мм	hпер = 16
Ширина переливного порога, мм	b = 480
Рабочее сечение тарелки, м^2	Sт = 0,14

Скорость пара в рабочем сечении тарелки: