Расчет числа тарелок в отгонной части колонны

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Одной из основных целей расчета ректификационной колонны является определение числа тарелок, необходимых для разделения данной смеси на ректификат состава y_D и остаток состава x_W , при принятых величинах флегмового и парового чисел и известной кривой равновесия фаз x - y (рисунки 9.1 и 9.2). .Теоретической тарелкой (теоретической ступенью контакта) называется такое контактное устройство, которое обеспечивает получение равновесных потоков фаз, покидающих контактную зону.

Расчет числа тарелок в концентрационной части колонны

Пусть требуется получить ректификат с составом y_D. Рабочая линия BD верхней части колонны проходит через точку D с координатами x=y=y_D . Пары ректификата y_D были получены после прохождения паров, поднимающихся с верхней тарелки колонны, через парциальный конденсатор, где часть паров сконденсировалась, создав поток флегмы g . Состав этой жидкости x_D* находится в равновесии с парами ректификата, и поэтому может быть найден при пересечении ординаты y_D с кривой равновесия (точка 1). Абсцисса точки 1 равна x_D*. Поступившая на верхнюю тарелку концентрационной части колонны, имеющую номер N_k , жидкость состава x_D* будет контактировать с паром, поднимающимся с нижележащей тарелки. В результате образуются потоки паров состава и жидкости состава. Составы x_D* и относятся к встречным потокам и поэтому будут связаны уравнением рабочей линии. На рисунке им соответствует точка 2. Ордината точки 2 определяет состав паров .

Составы и потоков, покидающих данную тарелку, находятся в равновесии, следовательно, на диаграмме x - y будут представлены точкой 3, абсцисса которой равна . Продолжая аналогичные рассуждения, определим точку 10. Построение ее завершается, когда состав жидкости x₁, стекающий с нижней тарелки концентрационной части колонны, и состав паров y_m . .поступающих из зоны питания, будут отвечать заданным. Нетрудно убедиться, что число ступеней между равновесной и рабочей линиями соответствует числу тарелок, в данном случае N_k= 5.

Следует отметить, что первая ступень изменения концентраций связана с наличием парциального конденсатора. В случае других способов отвода тепла эта ступень соответствует верхней тарелке колонны .

Р Рисунок 9.1 Определение числа тарелок в концентрационной части колонны

Расчет числа тарелок в отгонной части колонны

Число тарелок в отгонной части колонны определяют аналогичными построениями (рисунок 9.2) . Рабочая линия WC определяется положением точки, имеющей координаты x=y=x_w . При подводе тепла Q_B в низ колонны образовавшиеся пары состава y _w* будут находиться в равновесии с уходящим из колонны остатком состава Указанные составы будут определятся кривой равновесия (точка 1) . Ордината точки 1 равна y _w*.

Пары состава y _w* встречаются с жидкость состава x₁ , стекающей с нижней тарелки, т.е. они отвечают уравнению рабочей линии (точка 2). Абсцисса точки 2 дает состав флегмы x₁. Проводя соответствующие построения, получим ступенчатую линию W , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Координаты точки 8, лежащей на рабочей линии, определяют составы паров , поднимающихся с верхней тарелки отгонной части колонны, и жидкости x_m, стекающей из зоны питания. В данном случае число тарелок N_o= 4.

Из приведенных графических построений можно заключить, что число тарелок в верхней и нижней частях колонны зависит соответственно от флегмового и парового числа, т.е. от положения рабочей линии. Увеличение флегмового и парового числа приближает рабочие линии к диагонали ОА, что связано с уменьшением числа тарелок. Наоборот, когда флегмовое и паровое числа уменьшается, рабочие линии приближаются к кривой равновесия и число тарелок увеличивается. При режиме полного орошения (т.е. отсутствии выхода дистиллята и остатка)

число тарелок минимальное. Таким образом, при сокращении нагрузки в колонне четкость разделения увеличивается. Чем меньше флегмовое число, тем больше производительность, тем четкость разделения меньше.

Также в исследовательской практике режим полного орошения используется для определения числа теоретических (равновесных) тарелок .

У С а

Рисунок 9.2 Определение числа тарелок в отгонной части колонны

Расчет зоны питания

Схема потоков в зоне питания (эвапораторе или питательной зоне) приведена на рисунке 9.3.

Материальный баланс процесса однократного испарения в зоне подачи сырья :

Первое уравнение подставим во второе и поделим на F

Обозначим :

( 50 )

где доля отгона при вводе сырья в колонну

Определим крайние точки этой прямой

Точка А y=0

Точка В x=0

Прямая BA соответствует уравнению при данной доле отгона сырья. Составы паров и жидкости и при входе в колонну определяются на пересечении кривой равновесия и линии сырья (точка Н). Продлим точку Н до пересечения оперативных линий и нижней части колонн (точка а и точка в). Соединим точки ав , получим линию ав – оперативную линию зоны питания и составы встречных неравновесных потоков пара и жидкости и будут определятся линией ав. Таким образом, переход от концентрационной к отгонной части колонны осуществляется через одну точку h , находящуюся на линии ab.

На рисунке 9.3 приведено построение составов потоков, проходящих через зону питания, что обеспечивает правильный переход от верхней части колонны к нижней при определении числа тарелок.

Рисунок 9.3 Графическое определение числа теоретических тарелок на диаграмме x-y/