4.1. Материальный баланс. Уравнение рабочих линий

4.1.1. Количество исходной смеси F и остатка W определяем из уравнений материального баланса:

F=P+W, F=1000+W (4.1)

(4.2)

Решаем уравнение с двумя неизвестными

F0,3 = 1000 0,9 + W0,01

1000 0,3+W0,3=1000 0,9+W· 0,01

W0,3 – W0,01=10000,9 – 10000,3

W0,29=900 – 300

W = 600  0,29 = 2069 кг/ч

F = 1000 + 2069 = 3069 кг/ч

4.1.2. Для построения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей части колонны производим пересчет заданного состава НК из весовых долей в мольные:

(4.3)

где = 76,1;

= 153,8;

Соответствующие расчеты по зависимости (4.3) для дистиллята и остатка дают следующие результаты

x_Р = 0,948;

x_W = 0,020;

4.1.3. Строим на диаграмме y - x линию равновесия для смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод при атмосферном давлении, равновесный состав НК в мольных долях в жидкости x и паре y известен (см. табл.4.1). Строим на диаграмме t – х,у кривую конденсации пара и кипения жидкости. На диаграмме y - x определяем равновесный состав пара _, соответствующий составу x_F, для чего из точки x_F = 0,464 восстанавливаем нормаль до пересечения с линией равновесия в точке В и на ординате определяем = 0,692 (приложение 4).

4.1.4. Вычисляем минимальное флегмовое число:

(4.4)

4.1.5. Рабочее (действительное) флегмовое число:

R_Д = 1,3R_min+ 0,3 = 1,31,123 + 0,3 = 1,76

4.1.6. Вычисляем величину отрезка ОД, отсекаемого рабочей линией укрепляющей части колонны на оси ординат диаграммы y - x:

(4.6)

4.1.7. Строим рабочие линии для укрепляющей и исчерпывающей части колонны, для чего на оси ординат откладываем отрезок ОД = 0,343. Точку Д соединяем с точкой А, где происходит пересечение нормали, восстановленной из точки x_р = 0,948, с диагональю диаграммы y - x. Из точки, соответствующей составу x_F = 0,464, восстанавливаем нормаль до пересечения c прямой АД в точке В, а из точки соответствующей составу x_W = 0,02 – нормаль до пересечения с диагональю в точке С. Соединяем точки В и С. АВ и ВС – рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны (приложение 4).

Если кривая равновесно имеет впадину, то из точки А проведем касательную к впадине и по величине отрезка ОД, отсекаемого на оси у , рассчитаем минимальное флегмовое число:

(4.7)

Далее находим действительное флегмовое число.

4.1.8. Вычисляем относительный мольный расход питания:

(4.8)

4.1.9. Определяем уравнения рабочих линий:

а) верхней части колонны (укрепляющей):

4.9)

б) нижней части колонны (исчерпывающей):

4.2. Определение объемных расходов, скорости пара и диаметра

колонны

Для нахождения скорости пара и диаметра колонны необходимо определить плотность пара и жидкости, а также объемные расходы пара в верхней и нижней части колонны.

4.2.1. Вычисляем средние концентрации пара по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

,

где и – средние концентрации жидкости в верхней и нижней части колонны.

4.2.2. По диаграмме t-х,у определяем средние температуры пара:

а) при = 0,792; = 53^оС

б) при = 0,332 = 68^оС

4.2.3. Определяем средние молекулярные массы пара, зная, что молекулярные массы пара составляют:

= 76,13 кг/кмоль; = 153,84 кг/кмоль;

=76,130,332+153,84(1-0,332)=125 кг/кмоль

=76,30,792+153,84(1- 0,792)=92 кг/кмоль

4.2.4. Плотность пара в верхней и нижней части колонны соответственно равны:

4.2.5. Объемный расход пара в верхней и нижней части колонны соответственно равен:

4.2.6. Плотность жидкости в верхней и нижней части колонны определяем так:

а) находим средние температуры жидкости в верхней и нижней части колонны по диаграмме t-х для и :

= 51^оС при = 0,706;

= 64^оС при = 0,242.

Плотность сероуглерода СS₂ и четыреххлористого углерода ССl₄ определяем по справочным таблицам при средних температурах жидкости в верхней и нижней части колонны [2, c.512] (см. приложение 6):

б) среднюю плотность жидкости в верхней и нижней части колонны определяем при средних температурах жидкости, учитывая, что массовые доли жидкости для верхней и нижней части колонны составляют:

4.2.7. Средняя скорость пара в верхней и нижней части колонны

Принимая расстояние между тарелками h = 300 мм, по рис.7.2 [2, c.323] определяем коэффициент С, который зависит от конструкции тарелок и расстояния между ними. При h=300 мм : С = 0,032.

Тогда средняя скорость пара в верхней части колонны составит

а средняя скорость пара в нижней части колонны будет равна

4.2.8. Определяем диаметр колонны:

а) диаметр верхней (укрепляющей) части колонны:

б) диаметр нижней (исчерпывающей) части колонны:

По справочнику-каталогу [5] или по [6, c.197 или 212] выбираем колонну (тарелки) диаметром, обеспечивающим заданный режим (Д_в = Д_н = Дк = 700 мм) и пересчитываем среднюю скорость пара в колонне:

,