Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Содержание легколетучего компонента:

-в исходной смеси;

- в дистилляте;

- в кубовом остатке;

т/ч кг/с - производительность по исходной смеси.

Производительность колонны по дистилляту Р кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

Отсюда находим:

кг/с

кг/с

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение R_опт можно найти путём технико-эконо­мического расчета. Используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) b=R/R_min. Здесь R_min- минимальное флегмовое число:

,

где x_F и x_P- мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; y_F^´- концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N´(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны (N - число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а (R+1)- расход паров и, следовательно, сечение колонны).

Определим R. Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению

кмоль/кмоль см.

где M_ccl4 и М_тол - молекулярные массы соответственно хлороформа и бензола, кг/кмоль.

Аналогично найдем:

кмоль/кмоль см.

кмоль/кмоль см.

- определяем по графику

Тогда минимальное флегмовое число равно:

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы b, определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y состав жидкости х (рис.2) находим N. Результаты расчетов рабочего флегмового числа представлены на рис.3 и приведены ниже:

Таблица 1

b	1,05	1,5	2,0	2,5	5,0
R	1,974	2,82	3,76	4,7	9,4
N		18,5		14,5
N(R+1)	76,8	70,67	76,16	82,65	114,4

Условно-оптимальное значение R=3,032

При R=3,032 b=1,613

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений;

L_в=РRМ_верх/М_р

L_н=PRM_ниж/М_р+F´M_ниж / М_F,

где М_P и M_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси; М_В и М_Н - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

М_верх=М_a´ х_{ср в}+М_c(1- х_{ср в}),

М_ниж= М _a´ х_{ср н}+М_c(1- х_{ср н});

где М_a и М_c - мольные массы ацетона и этил. спирта соответственно;

х_{ср в} и х_{ср н} - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны:

кмоль/кмоль см.

кмоль/кмоль см.

Тогда

кг/кмоль

кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси

кг/кмоль

Подставим рассчитанные величины в выражения для средних массовых расходов, получим:

кг/с

кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней G_В и нижней G_Н частях колонны:

где М¢_В и М¢_Н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны

М¢_В=М_A´ y_{ср в}+М_c´(1- y_{ср в})

М¢_Н=М _a´ y_{ср н}+М_c´(1- y_{ср н}),

где

Тогда

М¢_В=58´0.709+46´(1-0.709)=54.508 кг/кмоль

М¢_Н=58´0.238+46´(1-0.238)=48.856 кг/кмоль

Подставив численные значения, получим:

кг/c

Кг/c

Дата добавления: 2015-10-21