Описание процесса ректификации. Ректификация

Умол %	0.000	10.838	20.57	37.23	50.84	62.061	71.374	79.16	85.71	91.254	95.97	98.063
100
T^0C	110.6	108.4	106.2	102.2	98.61	95.3	92.25	89.44	86.84	84.43	82.19	81.12	80.1

3.4 Определение минимального флегмового числа (рис.2).

На диаграмме проводим прямую линию из т. Xp через Xf до пересечения с осью ординат. Полученный отрезок Bmax = 0.3513

Тогда:
3
.5 Определение оптимального флегмового числа (рис.2-6).

Для ряда значений флегмового числа, больших, чем Rmin=1.774, находим значения отрезков В (табл.2).

Таблица 2.

R	1.8	1.9	2.0	2.1	2.2	2.3	2.4	2.6
B	0.348	0.336	0.325	0.314	0.304	0.295	0.286	0.271

Отрезки В откладываем на диаграмме Y-X. Соединяем верхние точки отрезков В на диаграмме с точкой 2 и получаем ряд рабочих линий верхней части колонны. Соединяя точки 3 пересечения рабочих линий верхней части колонны с линией Xf с точкой 1, получим ряд рабочих линий нижней части колонны. Для каждого выбранного флегмового числа и значений X в пределах заданных концентраций жидкости от Xw=0.012 до Xp=0.974 по диаграмме находим движущие силы процесса 1/(Х-Х*), как величины отрезков по горизонтали между кривой равновесия и соответствующими линиями рабочих концентраций и вычисляем величины. Результаты приведены в таблице:

Таблица 3.

X	R = 1.8	R = 1.9	R = 2.0	R = 2.1	R = 2.2	R = 2.3	R = 2.4	R = 2.6
0.012	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63	151.63
0.1	36.49	35.27	34.22	33.24	32.39	31.67	30.98	29.89
0.2	27.15	25.47	24.1	22.88	21.87	21.05	20.28	19.13
0.3	38.88	32.91	28.88	25.76	23.47	21.74	20.26	18.21
0.367	533.62	114.92	67.19	47.63	37.75	31.86	27.6	22.61
0.4	66.59	46.04	35.98	29.59	25.51	22.75	20.5	17.66
0.5	20.03	17.8	16.17	14.83	13.79	12.99	12.26	11.26
0.6	13.14	12.24	11.28	10.88	10.37	9.95	9.56	8.99
0.7	10.98	10.43	9.98	9.56	9.22	8.93	8.66	8.25
0.8	10.93	10.51	10.16	9.84	9.56	9.32	9.1	8.75
0.9	13.86	13.51	13.21	12.92	12.67	12.45	12.24	11.9
0.974	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81	24.81

Для каждого значения R методом графического интегрирования находим число единиц переноса (рис.3,4,5,6 и таблица 4).

Таблица 4.

R	1.8	1.9	2.0	2.1	2.2	2.3	2.4	2.6
R + 1	2.8	2.9	3.0	3.1	3.2	3.3	3.4	3.6
mx	50.24	27.69	23.67	21.95	20.78	20.26	19.68	18.64
mx(R+1)	140.67	80.3	71.01	68.05	66.5	66.86	66.9	67.01

Наносим на диаграмму зависимости m_x(R+1) от R (рис.8) эти данные и находим минимум m, которому соответствует оптимальное рабочее флегмовое число Ronm=2.2.

6. 
   Определение потоков пара по колонне.
   

О

бъёмный поток пара по колонне:

где: Р – давление в колонне, P = 1 атм;
Ronm – оптимальное флегмовое число, Rоnm = 2.2;
t



ср – средняя температура пара по колонне, tср = 99.6 С;
М
олярный расход жидкости: в верхней части колонны:
в




нижней части колонны:
Mf = 79.53 г/моль – молярная масса исходной смеси.

6. 
   Определение диаметра колонны и основных характеристик контактного устройства.
   

П
редельная скорость пара для колпачковых тарелок:

где: Н = 600 мм – принятое расстояние между тарелками;
х = 801 кг/м³ – средняя плотность жидкости по колонне;
у = 3.05 кг/м³ – средняя плотность пара по колонне
dк = 100 мм – диаметр колпачка;
Рабочая скорость пара в свободном сечении колонны Wраб = 0.85…0.9Wпр. Принимаем:
Д
иаметр ректификационной колонны:

П
ринимаем Dк = 2000 мм.

6. 
   Выбор типа и гидравлический расчет контактного устройства
   

Контактное устройство по заданию – колпачковая тарелка. Выбираем тарелку ТСКР для диаметра 2000 мм. Количество секций – 6, периметр слива L = 1455 мм, диаметр колпачка dк = 100 мм, количество колпачков – 116, расстояние между колпачками – 140 мм.

Приемный и сливной карманы занимают 15% площади тарелки, суммарная площадь прорезей всех колпачков – 10%.
О
бщее гидравлическое сопротивление тарелки определяется по формуле:
где: Pсух – сопротивление сухой тарелки, Па;
Р - сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па;


Рст – статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па;
где:  - коэффициент сопротивления, для колпачковой тарелки принимается 5.5
у – средняя плотность пара в колонне;
Wраб – скорость пара в колонне;
г

де:  - поверхностное натяжение,
d

э – эквивалентный диаметр прорези колпачка,
П

– периметр и fпр – площадь прорези колпачка,


где: п – плотность парожидкостного слоя на тарелке,
h
ст – высота барботажа на тарелке,
hотк – высота открытия прорезей, принимается равной высоте прорезей 0.03м,
hпогр – высота погружения прорезей, принимается равной 0.025м,
h – величина превышения уровня жидкости над сливной перегородкой, при средних
диаметрах колонн можно не учитывать.

С
ледовательно, общее гидравлическое сопротивление тарелки:

Проверяем выбранное расстояние между тарелками: минимальное расстояние между ними должно быть равным:

В
ыбранное ранее расстояние между тарелками H = 600 мм подходит.

6. 
   Определение кинематических коэффициентов.
   

Молярный расход пара по колонне:

Р
абочая площадь тарелки:

Значение коэффициента массоотдачи в паровой фазе:

К
оэффициент массоотдачи в жидкой фазе:
г

де: xf₁ – опытное значение коэффициента массоотдачи,
D
х₁ – опытный коэффициент диффузии в жидкой фазе,
D


ж₉₅ – коэффициент диффузии в жидкой фазе для рассчитываемой разделяемой смеси,
г
де: Dж₂₀ – рассчитываемый коэффициент диффузии при t = 20 ^o C,

• 
  в
  язкость смеси
  
• 
  мольные объемы компонентов А и В
  
• 
  м
  
  олярные массы компонентов А и В
  
• 
  

Общий коэффициент массопередачи Kyf:

г
де m – тангенс угла наклона линии равновесия,

Так как величина m является переменной по высоте колонны, находим ее значения для различных концентраций, используя диаграмму Y – X. Предварительно на диаграмму наложим кривую равновесия и линии рабочих концентраций 1 – 3 – 2 при оптимальном значении флегмового числа Ronm = 2.2 (рис.7). В пределах от Xw до Xp выбираем ряд значений X. Для каждого значения X определяем по диаграмме величины (Y* - Yн) и (X – X*) как разность между равновесной и рабочей линиями, а затем по этим значениям находим m (Таблица 5).

Таблица 5.

X	X – X*	Y* - Yн	m
0.012	0.0066	0.01436	2.176
0.1	0.0291	0.05874	2.019
0.2	0.0457	0.07197	1.575
0.3	0.0426	0.0574	1.347
0.367	0.0265	0.0295	1.113
0.4	0.0392	0.0415	1.059
0.5	0.0725	0.0658	0.908
0.6	0.0964	0.0749	0.777
0.7	0.1085	0.0716	0.660
0.8	0.1046	0.0582	0.556
0.9	0.0789	0.0366	0.464
0.974	0.0403	0.016	0.397

Далее подставляем в уравнение общего коэффициента массопередачи полученные значения xf, yf и m для различных значений Х. Результаты заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

X	0.012	0.1	0.2	0.3	0.367	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.974
Kyf	162.8	165.0	171.7	175.3	179.2	180.1	182.7	185.0	187.2	189.2	190.9	192.2

3.10 Построение кинетической кривой и определение числа тарелок.

Для построения кинетической кривой на диаграмме Y – X используем формулу:

П
одставляя в эту формулу значения общего коэффициента массоотдачи, полученного для каждого X, находим длины отрезков (Y* - Yк).
Таблица 7.

X	0.012	0.1	0.2	0.3	0.367	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.974
Y* - Yк	0.004	0.016	0.019	0.015	0.007	0.01	0.016	0.018	0.017	0.013	0.008	0.004

На диаграмме Y – X (рис. 7) откладываем (Y* - Yк) от равновесной линии вниз. Полученные точки соединяем плавной линией. Построенная кривая является кинетической кривой.
Число реальных тарелок, которое обеспечивает заданную четкость разделения, находим путем построения ступенчатой линии между рабочей и кинетической линиями. Построение ступенчатой линии проводим от концентраций Xf, Xp и от Xf, Xw.
Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xp равно числу реальных тарелок в укрепляющей секции колонны. Число ступеней в пределах концентраций Xf…Xw равно числу реальных тарелок исчерпывающей секции колонны.
В результате построения получаем:

• 
  число реальных тарелок в укрепляющей секции колонны – 11;
  
• 
  число реальных тарелок в исчерпывающей секции колонны – 15;
  
• 
  общее число тарелок – 26.
  

3.11 Определение гидравлического сопротивления колонны.

С
уммарное гидравлическое сопротивление колонны:

где: n – общее число тарелок в колонне, равное 26.