Расчет режима полного орошения
Режим полного орошения - режим работы колонны, когда число теоретических тарелок в колонне N = Nmin и флегмовое число R → ∞.
С помощью кривой равновесия фаз минимальное число тарелок Nmin определяем путем построения ступенчатых линий между кривой равновесии фаз и диагональю. Построение начинаем с точки, характеризующей состав дистиллята, и завершаем у точки, характеризующей состав остатка.
Отсюда минимальное число теоретических тарелок Nmin по кривой равновесия фаз равно 9.
Минимальное число теоретических тарелок в колонне можем также рассчитать аналитически по уравнению Фенске - Андервуда:
Nmin = lg (y'D / (1-y'D) · (1-x'W) / x'W) / lg αср, (28)
где αср - среднегеометрическое значение относительной летучести:
αср = (αВ · αН)1/2, (29)
Относительная летучесть представляет собой отношение давлений насыщенных паров бензола и толуола:
α = PБ / PT, (30)
Рассчитаем относительную летучесть вверху αВ и внизу αН колонны:
При температуре tВ = 94°С
PБВ = 1,4925 ата; PТВ = 0,6 ата;
αВ = PБВ / PTВ = 1,4325 / 0,6 = 2,4875.
При температуре tН = 123,2°С
PБН = 3,195 ата; PТН = 1,41 ата;
αН = PБн / PTН = 3,195 / 1,41 = 2,2659.
По уравнению (29): αср = (αВ · αН)1/2 = (2,2659·2,4875)1/2 = 2,3744.
Отсюда находим минимальное число тарелок по формуле (28):
Nmin = lg (0,987 / (1-0,987) · (1-0,03) / 0,03) / lg 2,3744 = 9,028 ≈ 9
Расчет числа теоретических тарелок по кривой равновесия фаз
Уравнение (23) мы можем также записать в следующем виде:
|
|
|
y'n = Rn-1 / (Rn-1 + 1) · x'n-1 + y'D / (Rn-1 +1), (27)
Уравнение (27) представляет собой уравнение рабочей линии для кривой равновесия фаз. При R = const рабочая линия будет прямой. Рабочая линия на кривой равновесия характеризует взаимосвязь между составами встречных неравновесных потоков пара и жидкости в верхней части колонны.
Проведем рабочую линию для режима минимального орошения через точки F и D, которая отсекает на ординате отрезок, равный отношению:
y'D / (Rmin + 1) = 0,35,
где Rmin - минимальное флегмовое число. Rmin = 0,987/ 0,35 - 1 = 1,82. Режим минимального орошения - работа ректификационной колонны, когда флегмовое число R = Rmin и число тарелок N → ∞.
Так как нам известен коэффициент избытка орошения (он примерно равен коэффициенту избытка тепла, отводимого орошения), то можем определить рабочее флегмовое число:
Rраб = n' · Rmin = 1,29 · 1,82 = 2,3478.
Далее находим ординату точки B при x' = 0, соответствующую отношению:
y'D / (Rраб + 1) = 0,987 / (2,3478 +1) = 0,295.
Теперь через точки D и B проводим прямую, которая является рабочей линией концентрационной части колонны для режима рабочего орошения и пересекает линию сырья. Через точку пересечения и точку W проводим прямую - рабочую линию отгонной части для режима рабочего орошения.
|
|
|
Расчет числа теоретических тарелок в концентрационной и отгонной частях проводим, строя ступенчатую линию между кривой равновесия и соответствующими рабочими линиями. Переход от одной части колонны к другой осуществляем при помощи рабочей линии зоны питания a - b.
Отсюда число теоретических тарелок Nтеор. по кривой равновесия фаз равно 17.
Можно проводить расчет, используя паровое число.
(Пmin+x'w)/ (Пmin+1)=0,6125
Откуда Пmin= 1,503
Праб= Пmin·n׳=1,503·1,29=1,939
(Праб+x'w)/ (Праб+1)=(1,939+0,03)/(1,939+1)=0,67
Расчет числа теоретических тарелок по тепловой диаграмме
Рассмотрим материальный и тепловой балансы для верхней части колонны в произвольном сечении:
материальный баланс для верхней части:
Gn = gn-1 + D, (19)
где Gn и gn-1 - встречные неравновесные потоки соответственно пара и жидкости.
материальный баланс для НКК:
Gn · y'n = gn-1 · x'n-1 + D · y'D, (20)
тепловой баланс:
Gn · Hn = gn-1 · hn-1 + D · HD + QD, (21)
Рисунок 7 - Схема потоков в верхней части ректификационной колонны
Так как выражение (21) состоит из 4 членов, то оно не подчиняется правилу рычага. Преобразуем данное выражение:
|
|
|
Gn · Hn = gn-1 · hn-1 + D · (HD + QD / D),n · Hn = gn-1 · hn-1 + D · H*D, (22)
где H*D - условная энтальпия дистиллята.
Приняв во внимание уравнение (19), мы можем также записать уравнения (20) и (22) в следующем виде:
Rn-1 = gn-1 / D = (y'D - y'n) / (y'n - x'n-1) = (H*D - Hn) / (Hn - hn-1), (23)
где Rn-1 - флегмовое число.
Отсюда можно сделать вывод, что точки, характеризующие встречные неравновесные потоки пара и жидкости, лежат на одной прямой (рабочей линии) вместе с точкой, характеризующей дистиллят D. Этих рабочих линий столько, сколько встречных потоков и все они выходят их т. D - полюса.
Поскольку при расчете числа тарелок по энтальпийной диаграмме надо знать положение соответствующих нод, определяющих равновесные концентрации флегмы (жидкости) и паров, для фиксации их положения совместно используют энтальпийную диаграмму и изобарные температурные кривые.
Абсцисса y'D определяет положение т. D (отвечает энтальпии паров дистиллята) на тепловой диаграмме и на изобарной кривой конденсации (определяет температуру паров дистиллята). Концентрация НКК x'1 в жидкости, стекающей с первой теоретической тарелки и находящейся в равновесии с парами дистиллята, определяется абсциссой т. g1, находящейся на изобарной кривой испарения. Линия D - g1 отвечает ноде на изобарном графике. Точке g1 на изобарном графике соответствует т. g1 на энтальпийном. Линия D - g1 отвечает ноде на энтальпийном графике. Проведя рабочую линию через полюс - т. D и т. g1, получим - на пересечении этой линии с кривой энтальпии паров - т. G2, которая определяет состав паров, поднимающихся со второй тарелки концентрационной части колонны.
|
|
|
Расчет ведем от тарелки к тарелке по направлении к зоне питания. Каждая нода соответствует одной теоретической тарелке. Расчет заканчиваем тогда, когда какая-то рабочая линия пересечет на энтальпийной диаграмме ноду сырья. Число теоретических тарелок в верхней части колонны Nтеор(в) = 8.
Аналогичный расчет проводим для нижней части колонны. Чило теоретических тарелок в нижней части колонны Nтеор(н) = 8.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!