Расчет ректификационной колонны для разделения бинарной смеси бензолтолуол (стр. 5 из 8)

Рисунок 18 – Схема потоков концентрационной части колонны

Расчет проводится путем последовательного определения составов пара и жидкости, стекающей с очередной тарелки. Для этого точку D с энтальпийной диаграммы перенесем на изобару (на линию пара). Так как D и g₁ – это равновесные потоки, то расход жидкости g₁ можем найти на линии жидкости, проведя изотерму. Затем точку g₁ переносим на энтальпийную диаграмму. Так как G₂ и g₁ - встречные потоки, то состав паровой фазы найдем с помощью рабочей линии, получаемой соединением точки D и точки g₁ на кривой - энтальпии жидкости. Точка G₂ получится на кривой – энтальпии пара, в точке пересечения ее с рабочей линией. Затем точку G₂ переносим на изобару и так далее до зоны питания, т.е. пока очередная рабочая линия не пересечет ноду сырья. Зона питания выглядит следующим образом:

Рисунок 19 – Схема зоны питания колонны

Количество нод на тепловой диаграмме равно 16, таким образом и теоретических тарелок тоже N=18.

Построение профиля концентраций по высоте колонны

Определим профиль концентраций по высоте колонны по нодам на изобаре. Определим концентрации низкокипящего компонента в жидкой и паровой фазах на каждой тарелке. Результаты представим в таблице 5.

Таблица 5 – Концентрации бензола на каждой тарелке

Номер тарелки	X'	Y'	Номер тарелки	X'	Y'
1	0,955	0,977	10	0,338	0,547
2	0,918	0,961	11	0,293	0,495
3	0,864	0,936	12	0,244	0,426
4	0,785	0,896	13	0,192	0,355
5	0,686	0,839	14	0,143	0,275
6	0,584	0,77	15	0,1	0,2
7	0,498	0,7	16	0,068	0,138
8	0,425	0,638	17	0,042	0,088
9	0,375	0,588	18	0,025	0,05

По данным таблицы 5 построим профиль концентраций по высоте колонны (рис.21).

Рисунок 21 – Профиль концентраций по высоте колонны

По графикам видно, что бензол концентрируется вверху колонны, как в жидкой, так и в паровой фазах, а толуол – внизу колонны.

Построение профиля температур по высоте колонны

Для построения данного графика по нодам на изобаре определим температуру на каждой тарелке, результаты занесем в таблицу 6. По профилю температур видно, что температура в колонне увеличивается от верхней тарелки к нижней. Температура внизу колонны выше, т.е. внизу концентрируется высококипящий компонент как в жидкой, так и в паровой фазе, а вверху – низкокипящий. (рис.22)

№ тарелки	t	№ тарелки	t
1	91,2	10	107,85
2	92,05	11	109,45
3	93,3	12	111,3
4	95,1	13	113,2
5	97,5	14	115,2
6	100,2	15	117
7	102,75	16	118,5
8	104,9	17	119,6
9	106,6	18	120,4

Рисунок 22 – Профиль температур по высоте колонны

3.7 Расчет профиля концентраций и нагрузок по высоте колонны

Расчет начинаем с укрепляющей части колонны сверху вниз, до зоны питания.

Рисунок 23

Для первой тарелки расход пара в мольных единицах найдем по правилу рычага из энтальпийной диаграммы:

(54)

откуда

, кмоль/ч (55)

Где

=103,68;

R₁ – флегмовое число для первой тарелки;

, - отрезки на энтальпийной диаграмме, мм.

Таким образом,

Тогда

Для второй тарелки:

Для третьей тарелки:

Для четвертой-девятой тарелки:

(56)

(57)

(58)

Результаты расчетов по тарелкам 4-9 приведены в таблице 6.

Далее расчет продолжается для отгонной части колонны, снизу вверх до зоны питания.

Рисунок 24

Для восемнадцатой тарелки:

Где

- паровое число на 18 тарелке

, - отрезки на энтальпийной диаграмме, мм.

Для семнадцатой тарелки:

Для шестнадцатой тарелки:

Для четырнадцатой-десятой тарелки:

(59)

(60)

(61)

Таблица 7 – Мольный расход пара и жидкости по высоте колонны

№ тарелки	D’/W’	R/П	g, кмоль/ч	G, кмоль/ч
1		2,690	278,949	103,681
2		2,651	274,855	382,630
3		2,628	272,476	378,536
4		2,594	268,959	376,157
5		2,518	261,118	372,640
6		2,468	255,907	364,799
7		2,435	252,497	359,588
8		2,408	249,63	356,18
9		2,391	247,93	353,31
10		1,986	337,506	224,968
11		1,980	337,524	224,254
12		1,980	335,776	224,272
13		1,965	333,924	222,524
14		1,949	335,867	220,672
15		1,966	335,897	222,616
16		1,966	333,903	222,646
17		1,948	335,104	220,651
18		1,959	113,252	221,852

Далее рассчитаем расход пара и жидкости по высоте колонны в массовых долях. Для чего сначала найдем среднюю молекулярную массу жидкости и паров на каждой тарелке, а затем получившиеся значения умножим на соответствующие мольные расходы пара и жидкости. Результаты расчетов приведены в таблице 8.