Средние мольные массы и плотности пара:

а) для верхней секции:

По формуле определяем среднюю плотность пара в А секции:

.

б) для нижней секции

,

.

Рассчитываются плотности жидкой фазы на верхней тарелке и в кубе:

,

а) ,

б) .

Средняя плотность жидкости в колонне:

.

2.3. Расчет расходов жидкости и пара

Расчет расходов жидкости и пара в колонне по секциям

а) расход жидкости в А секции:

расход пара

б) расход жидкости в Б секции:

,

расход пара

.

2.4. Тепловой расчет

Из табл. 4 [1] приложения при температуре дистиллята t_D находится теплота конденсации компонентов смеси r₁, r₂:

r₁=378,29 кДж/кг,

r₂=394,17 кДж/кг.

Рассчитывается теплота конденсата смеси

r_D= Х₂ ×r₁+(1-X₂) ×r₂=0,95∙378,29+(1-0,95)∙ 394,17=379,08 кДж/кг.

Находится расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе:

Q_D= G_ПА × r_D /3600=36320,21∙379,08∙10³/3600=3824518,11 Вт.

При соответствующих температурах, находятся теплоемкости компонентов смеси Дж/(кг∙град) (табл. 5 приложения) [1].

С_F1=2,06 Дж/кг∙град,

С_F2=2,12 Дж/кг∙град.

С_D1=1,98 Дж/кг∙град,

С_D2=2,02 Дж/кг∙град.

С_W1=2,09 Дж/кг∙град,

С_W2=2,14 Дж/кг∙град.

Вычисляется теплоемкость смеси в жидкой фазе:

С_F=С₁∙Х+С₂×(1-Х)= 2060∙0,18+2120∙0,72=2109,2 Дж/кг∙град,

С_D=С₁∙Х+С₂×(1-Х)= 1980∙0,95+2020∙0,05=1948 Дж/кг∙град,

С_W=С₁∙Х+С₂×(1-Х)= 2090∙0,025+2140∙0,975=2138,7 Дж/кг∙град,

где С₁, С₂ – теплоемкости 1-го и 2-го компонентов смеси, ккал/(кг×град); Х – концентрация 1-го компонента в жидкой фазе, мас. доли.

Рассчитывается количество тепла, получаемого в кубе-испарителе от греющего пара (из уравнения материального баланса ректификационной колонны)

Q_k=Q_D+G_D×C_D×t_D+G_W×C_W×t_W–G_F×C_F×t_F+Q_пот=1,03∙(3824518,11+(2513,51∙1948∙

81,42+12486,49∙2138,7∙109,6-15000∙2109,2∙103,16)/3600)= 3956,47 Вт,

где С_D, C_W, C_F - теплоемкость дистиллята, кубового остатка и исходной смеси соответственно при температурах t_D, t_W, t_F, определяемых по t-x,y – диаграмме; Q_пот. – потери тепла (принимаются равными 3% от полезно затрачиваемого тепла).

Определяется, расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята

Q¢_D=G_D×C¢_D×(t_D –t_Dкон)/3600=2513,51∙1,858∙(81,42–53,21)/3600=36,59 кВт,

где С¢_D – удельная теплоемкость дистиллята при средней температуре

°С,

t_{D, кон} – конечная температура дистиллята на выходе из холодильника, °С.

Определяется расход тепла в подогревателе исходной смеси:

Q¢_F=1,05×G_F×C¢_F×(t_F–t_F,_нач.)/3600=

=1,05∙15000∙1,919∙(103,16-16)/3600=714,97 кВт,

где С¢_F - удельная теплоемкость исходной смеси при средней температуре:

.

Рассчитывается расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка

Q¢_W=G_W×C¢_W×(t_W–t_W,кон)/3600=12486,5∙1,962∙(109,6-25)/3600=575,71 кВт,

где С¢_W – удельная теплоемкость кубового остатка при средней температуре

= °С,

где t_W,кон. – конечная температура кубового остатка в холодильнике.

2.5. Расчет расходов греющего пара и охлаждающей воды

Теплота конденсации греющего водяного пара r_г.п=2171 кДж/кг.

Рассчитывается расход греющего водяного пара заданного давления:

а) в кубе испарителя:

G_г.п..1 = = ,

б) в подогревателе исходной смеси:

G_{г.п. 2} = = .

Находится расход охлаждающей воды:

а) в дефлегматоре:

V_B.1 = ,

где r_В – плотность воды при 5⁰С; t_кон – t_нач = 5°С;

б) в водяном холодильнике дистиллята:

V_B.2 = ,

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

V_B.3 = м³/с.

Определяется общая потребность греющего пара и охлаждающей воды для работы ректификационной установки:

а) расход греющего пара:

G_г.п. = 3600 × (G_г.п.1 + G_г.п.2) = 3600 ∙ (1,822+0,329) = 7743,6 кг/ч;

б) расход охлаждающей воды при нагреве на 5°С:

V_B = 3600 × (V_B.1 + V_B.2 + V_B.3) =

=3600 ∙ (0,182 + 0,00174 + 0,0274) = 760,1 м³/ч.

Расходы греющего пара и охлаждающей воды необходимы для расчета теплообменных аппаратов ректификационной установки.