Основные сечения колонны

Расчёт бинарной ректификации с построением рабочих линий на x,y-диаграмме подразумевает расчёт нескольких ключевых сечений. В пособии [1, с. 227-235] представлен расчёт по средним сечениям верхней и нижней части ректификационной колонны. Однако усреднение проведено не по составам, а по всем рассчитываемым параметрам и свойствам, что допустимо с учётом невысокой точности расчёта, но делает расчёт более громоздким. Поэтому корректней высоту насадки, соответствующую единице переноса по газовой фазе, считать по средним составам жидкости.

В данной работе ограничимся рассмотрением шести сечений (рис. 3):

Сечение W – нижнее сечение колонны, соответствует точке входа в колонну потока пара из куба-кипятильника и составу жидкости x_W;

Сечение Н – среднее сечение нижней части колонны, соответствует составу жидкости x = (x_W+x_F)/2;

Сечение F – тарелка питания колонны, соответствует точке ввода в колонну исходной смеси и составу жидкости x_F;

Сечение F' – тарелка над точкой питания, соответствует точке, находящейся чуть выше точки ввода питания, и так же, как и сечение F, соответствует составу жидкости x_F, однако относится уже не к нижней, а к верхней части колонны;

Сечение В – среднее сечение верхней части колонны, соответствует составу жидкости x = (x_F+x_P)/2;

Сечение P – верхнее сечение колонны, соответствует точке ввода флегмы и составу жидкости x_P.

Рис. 3. Основные сечения колонны

В соответствии с допущением, считаем мольный расход паровой фазы постоянным по всей высоте колонны. Объёмный расход паровой фазы увеличивается с ростом температуры и уменьшается с ростом давления. Поскольку в первом приближении мы пренебрегаем гидравлическим сопротивлением колонны и изменением давления по её высоте, то считаем объёмный расход паровой фазы зависящим только от температуры. Следовательно, наибольший объёмный расход паровой фазы будет наблюдаться для сечения W, где наблюдается наибольшая температура. Поэтому при расчёте диаметра колонны рекомендовано ориентироваться на это сечение.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Система уравнений материального баланса ректификационной колонны:

Массовые расходы исходной смеси, дистиллята и кубовой жидкости:

;

;

.

Молярные массы компонентов [2, с.13]:

легколетучего (бензола) – .

высококипящего (толуола) – .

Мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси:

.

Мольная доля легколетучего компонента в дистилляте:

.

Мольная доля легколетучего компонента в кубовой жидкости:

.

Молярные массы потоков:

исходной смеси

;

дистиллята

;

кубовой жидкости

.

Молярные расходы потоков:

исходной смеси: ;

дистиллята: ;

куб. жидкости: .

Таблица 1. Материальный баланс ректификационной колонны

Поток						x	ML
	т/ч	кг/с	кмоль/ч	кмоль/с	масс. доли	мол. доли	кг/кмоль
Кубовая жидкость W	11,78	3,271	128,2	0,03561	0,0170	0,0200	91,86
Исходная смесь F	18,00	5,000	207,6	0,05768	0,3500	0,3884	86,69
Дистиллят D	6,22	1,729	79,4	0,02207	0,9800	0,9830	78,35