Питательная насадка делит колонну на две части, имеющие различные назначения. В верхней части (от питающей до верхней насадки) должно быть обеспечено, возможно, большее укрепление паров, т.е. обогащение их НК с тем, чтобы в дефлегматор направлялись нары, близкие по составу к чистому НК. Поэтому эта часть колонны называется укрепляющей.

В нижней части необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК, т.е. исчерпать жидкость, для того чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому ВК. Эта часть колонны называется исчерпывающей.

В дефлегматоре могут быть сконденсированы все пары, поступающие из колонны, или только часть их соответствующая возвращаемой в колонну флегмы. В первом случае часть конденсата, оставшегося после отделения флегмы, представляет собой дистиллят ректификации, или верхний конденсат, который после охлаждения в холодильнике поступает в сборник дистиллята. Во втором случае несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются в холодильнике, который при таком варианте работы служит конденсатором – холодильником дистиллята.

Жидкость, выходящая из низа колонны также делится на две части. Одна часть, как указывалось, направляется в кипятильник, а другая – остаток после охлаждения водой в холодильник.

Такие установки оснащают необходимыми контрольно-измерительными приборами, позволяющими автоматизировать работу их, и проводить процесс с помощью программного управления в оптимальных условиях. Путем автоматического регулирования сводится к минимуму колебания количества, состава и температуры исходной смеси, давления и расхода греющего пара и расхода охлаждающей жидкости.

2. Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного

действия

2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

F=P+W; FF = PP +WW (1)

Отсюда находим:

кг/с

P = F-W = 0.83-0,72 = 0,11 кг/с

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости, определяются рабочим флегмовым числом R. Его оптимальное значение Rопт определяется технико-экономическим расчетом.

Минимальное флегмовое число Rmin:

(2)

где XF и XP -мольные компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; y*- концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

Определим R по этой рекомендации. Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению:

(3)

где Мх и М6 – молекулярные массы соответственно хлороформа и бензола, кг/кмоль.

Получим:

кмоль/кмоль смеси

Аналогично найдем: XP=0.975 кмоль/кмоль смеси; XW=0.036 кмоль/кмоль смеси.

Тогда минимальное флегмовое число равно:

Рабочее флегмовое число:

R = 1.3*Rmin+0.3 = 1.3*33,69+0.3 = 44,097

Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны:

LB=P*R*MB/MP; (4)

LH= P*R*MH/MP +F*MH/MF; (5)

где MP и MF – мольные массы дистиллята и исходной смеси. MB и MH-средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента-хлороформа. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

MB=MXXCP.B+M6(1-XCP.B);

MH=MXXCP.H+M6(1-XCP.H);

где MB и MH – мольные массы хлороформа и бензола;

XCP.B и XCP.H – средние мольные составы жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:

XCP.B = (XP+XF)/2 = (0.177+0.975)/2 = 0.576 кмоль/кмоль смеси

XCP.H = (XF+XW)/2 = (0.177+0.036)/2 = 0.107 кмоль/кмоль смеси

Тогда:

MB=64*0.576+78(1-0.576)=69.9 кг/кмоль

MH=64*0,107+78(1-0,107)=76,5 кг/кмоль

Мольная масса исходной смеси:

MF=MX*XF+M6(1-XF)=64*0.177+78(1-0,177)=75,5 кг/кмоль

MP=MX*XP+M6(1-XP)=64*0.975+78(1-0.975)=64.35 кг/кмоль

Подставим рассчитанные величины в уравнения (4) и (5), получим:

LB=0,11*44,097*69,9/64,35=5,27 кг/с

LH=0,11*44,097*76,5/64,35+0,83*76,5/75,5 = 6,61 кг/с

Уравнения рабочих линий

1. Уравнение верхней части колонны:

2. Уравнение нижней части колонны:

где F – относительный мольный расход:

Тогда получим:

1.

2.

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

GB=P*(R+1)*MB’/MP (7)

GH=P*(R+1)* MH’/MP

где MB’ и MH’ – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

MB’=МХ*yCP.B+MБ(1 - yCP.B) (8)

MH’=МХ*yCP.H+MБ(1 - yCP.H)

где yCP.H и yCP.H − средние концентрации пара, найдем по уравнениям рабочих линий:

1. В верхней части колонны:

yCP.B=0.978*XCP.B+0.022 = 0.978*0.576+0.022 = 0.585 кмоль/кмоль смеси

2. В нижней части колонны:

yCP.H=1.126*XCPH – 0,0045 = 1,126*0.107 - 0,0045 = 0.116 кмоль/кмоль смеси

Тогда:

MB’=64*0,585+78(1-0,585)=69,81 кг/кмоль

MH’=64*0,116+78(1-0,116)=76,38 кг/кмоль

Подставив численные значения в уравнение (7), получим:

GB=0,11(44,097+1)69,81/64,35 = 5,38 кг/с

GН=0,11(44,097+1)76,38/64,35 = 5,89 кг/с

2.2 Скорость пара и диаметр колонны

Плотность жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них. Средние температуры паров определим по диаграмме t-x,y по средним составам фаз: tB=75,50C; tH=79,70C.

Тогда:

(9)

Отсюда получим:

=69,81*273/22,4(273+75,5) =2,44 кг/м3

=76,38*273/22,4(273+79,7)=2,64 кг/м3

Средняя плотность паров в колонне:

=(+ )=(2,44+2,64)/2 = 2,54 кг/м3