Спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения смеси ацетон-этанол

    Продолжение таблицы 1.1 

 

    Обычно  коэффициент избытка флегмы, при котором достигается оптимальное флегмовое число, не превышает 1,5. Один из возможных приближенных методов расчета заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение , пропорциональное объему ректификационной колонны ( -число ступеней изменения концентрации или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а - расход паров и, следовательно, сечение колонны).

    Определим по этой рекомендации [1]. Тогда минимальное флегмовое число равно: 

    

 

    

 

    Задавшись различными значениями коэффициентов  избытка флегмы , определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной линией  и рабочими линиями на диаграмме состав пара - состав жидкости (Приложение А) находим . Результаты расчетов рабочего флегмового числа представлены в таблице 1.2. Графическое изображение представлено в Приложении В 

     Таблица 1.2 – Результаты расчетов рабочего флегмового числа.

 

    Минимальное произведение соответствует флегмовому числу (Приложение В). При этом коэффициент избытка флегмы .

    Строим  рабочий график (Приложение Г). Из него находим, что истинное количество ступеней равно 17.

    Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны  определяют из соотношений [1]:

                                                                                  

                                                                (1.5) 

                                                                        

                                                         (1.6) 

где и мольные массы дистиллята и исходной смеси,

     и средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны,

    Мольную массу дистиллята примем равной мольной  массе легколетучего компонента – ацетона. Средние мольные массы  жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны [1]: 

                                                              

                                                (1.7) 

                                                             

                                                (1.8) 

где и мольные массы ацетона и этанола,

     и  средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны: 

    

 

    

смеси. 

    

 

    

смеси. 

    Тогда по уравнениям (1.7) и (1.8) получим: 

    

   

    

 

    Мольная масса исходной смеси: 

    

    Подставим рассчитанные величины в уравнения (1.5) и (1.6), получим:

    

 

    

 
 

    Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны [1]: 

                                                                         

                                                            (1.9) 

                                                                       

                                                          (1.10) 

где   и средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны,  

                                           

                              (1.11) 
 

                                                              

                                             (1.12) 

где  смеси 

     смеси 

    Тогда 

    

 

    

 
 

    Подставив численные значения в уравнения (1.9) и (1.10), получим: 

    

 

    

     1.2 Скорость пара  и диаметр колонны

 

    Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационной колонны с ситчатыми тарелками рабочую скорость пара рассчитаем [1]: 

                                                                           

                                                               (1.13) 

где - плотности жидкости и пара,

    Поскольку плотности жидкости и пара в верхней  и нижней частях колонны различны, определим скорости для каждой части отдельно.

    Найдем  плотности жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них и . Средние температуры паров определим по диаграмме (Приложение Б) или уравнением интерполяции.

    Плотность смеси жидкости: 

                                                 

                           (1.14) 

Для верхней  части колонны:

    Плотность компонентов при этой температуре: ,  

    

   

Для нижней части  колонны:

    Плотность компонентов при этой температуре: ,  

    

   

    Плотность смеси газов: 

                                                        

                                          (1.15) 

Для верхней  части колонны:  

    

 

Для нижней части  колонны:  

    

 

Допустимая  скорость в верхней части колонны по уравнению (1.13): 

    

 

Допустимая скорость в нижней части колонны: 

    

 

Средняя скорость паров [1]: 

    

 

    Принимаем средний массовый поток пара в  колонне  , равным полусумме и [1]: 

    

 

Средняя плотность паров [1]: 

     

 

    Диаметр колонны: 

                                                       

                                           (1.16) 

где средний массовый поток пара в колонне,

    средняя плотность паров,

    средняя скорость паров,  

    

 

    Выберем стандартный диаметр обечайки колонны  [1]. При этом  рабочая скорость пара в колонне равна: 

                                                

,                                         (1.17) 

где средняя скорость паров,

    диаметр колонны,

    стандартный диаметр колонны,  

    

 

    По  каталогу [1] для колонны диаметром 1400 мм выбираем ситчатую однопоточную тарелку типа ТС-Р со следующими конструктивными размерами: 

    Диаметр отверстия в тарелке                               5

    Шаг между отверстиями                                        10

    Свободное сечение тарелки                                 13,9

    Высота  переливного порога                               40

    Ширина  переливного порога                                860

    Рабочее сечение тарелки                                     1,368