Определение внутренних материальных потоков в ректификационной колонне.
Количество жидкости в верхней секции колонны определяется в зависимости от принятого флегмового числа
кг/с
Расход пара в верхней секции колонны определяется как сумма количеств орошения и дистиллята
кг/с
Объёмный расход пара рассчитывается по уравнению:
,
где Ро=760 мм рт.ст. – атмосферное давление;
Мср – средняя мольная масса смеси компонентов в паре при средней температуре рассматриваемой секции колонны.
Средняя температура верхней части колонны равна
оС
При этой температуре содержание бензола в паре составит 0,84 мольные доли (получено интерполяцией данных таблицы 1.1). Тогда
м3/с
Плотность паров
кг/м3
Плотность жидкости в любом сечении колонны определяется по уравнению:
,
где хб, хт – массовые доли бензола и толуола в жидкой фазе рассматриваемого сечения колонны;
б, т – их плотности при расчётной температуре, кг/м3.
В рассматриваемом сечении верхней части колонны при температуре 93,5 оС хб=0,65; хт=0,35 (получено интерполяцией данных таблицы 1.1).
б=800 кг/м3; т=795 кг/м3; [4, c.512]
Тогда кг/м3.
Объёмный расход жидкости:
м3/с;
Аналогичные расчёты проведём для отгонной части колонны.
Массовый расход жидкой фазы:
кг/с
Массовый расход паровой фазы:
кг/с
Объёмный расход пара
м3/с,
где - средняя мольная масса паров при температуре 106,5 оС. [0,5(tL+tW)]
Плотность паров
кг/м3.
Плотность жидкости в этом сечении колонны
кг/м3,
где 0,214 и 0,786 – массовые доли бензола и толуола в рассматриваемом сечении;
785 и 781 – их плотности при температуре 106,5 оС. [4,c.512]
Объёмный расход жидкости
кг/с.
2. Гидравлический расчёт колонны.
Гидравлический расчёт колонн проводится с целью определения основных размеров аппарата – диаметра, высоты, конструктивных размеров контактных устройств, которые должны обеспечить заданное разделение исходного количества сырья в колонне.
Если нагрузки по пару и жидкости значительно отличаются в верхней и нижней частях колонны, то гидравлический расчёт проводят как для верхней, так и для нижней секции колонны. В этом случае, возможно, потребуется принимать неодинаковые диаметры колонны для верхней и нижней секций или изменять конструктивные размеры тарелок в этих секциях (свободное сечение, число потоков жидкости, например).
Обычно гидравлический расчёт производят в следующей последовательности: задаётся расстояние между тарелками, определяется максимальная расчётная скорость пара, рассчитывается диаметр колонны, свободное сечение тарелок или диапазон устойчивой работы, а затем проводится поверочный расчёт – определяется гидравлическое сопротивление тарелки, величина уноса жидкости с тарелки и работа переливных устройств.