При отсутствии данных о коэффициенте избытка флегмы для разделяемых смесей можно применять эмпирическую зависимость:

R=1,3·Rмин+0,3 (2.21)

Более точный метод расчета Rопт предполагает знание приведенных затрат и учет расходов, связанных с подачей сырья и подводом теплоты в колонну и организацией ее орошения, а также стоимость колонны и вспомогательного оборудования.

Рис. 2.16. К определению оптимального флегмового числа: 1 – эксплуатац. расходы; 2 – капитальные затраты; 3 – общие затраты на ректификацию.

2.3. Уравнения рабочих линий

y= (2.22)

Зависимость (2.22) является уравнением рабочей линии укрепляющей части колонны. В этом уравнении – тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а – отрезок, отсекаемый верхней рабочей линией на оси ординат.

, где f=F/D (2.23)

Зависимость (2.22) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении – тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а – отрезок, отсекаемый нижней рабочей линией на оси абсцисс. Умножив числитель и знаменатель выражений для А' и А на количество дистиллята D, можно заметить, что они представляют собой отношения количеств жидкой и паровой фаз, или удельный расход жидкости, орошающей данную часть колонны.

2.4. Определение числа тарелок и высоты колонны

Наносим на диаграмму y–x рабочие линии верхней и нижней части колонны рис. 2.17 и находим число ступеней изменения концентрации nТ.

Рис. 2.17. Графическое определение числа теоретических тарелок:

ОE – равновесная кривая, АВ и ВС – рабочие линии для укрепляющей в исчерпывающей частей колонны, 1–6 – тарелки.

Число тарелок рассчитывается по уравнению:

(2.24)

Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов при средних температурах для верхней и нижней частей колонны:

Для верхней части:

(2.25)

Для нижней части:

(2.26)

Величина среднего к.п.д. тарелок , который зависит от многих переменных величин (конструкция и размеры тарелки, гидродинамические факторы, физико-химические свойства пара и жидкости). На рис. 2.18 приведены значения среднего к.п.д. тарелок, полученные по опытным данным для промышленных ректификационных колонн сравнительно небольшого диаметра. По оси абсцисс на этом графике отложены произведения коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов α на динамический коэффициент вязкости жидкости питания μ (в мПа·с) при средней температуре в колонне.

Рис. 2.18. Диаграмма для приближенного определения среднего к.п.д. тарелок.

Определение вязкости жидкости (смеси) в верхней и нижней частях колонны а) в верхней части колонны:

(2.27)

б) в нижней части колонны:

(2.28)

Определение вязкости пара:

а) в верхней части колонны:

(2.29)

б) в нижней части колонны:

(2.30)

Число действительных тарелок:

а) в верхней части колонны:

(2.31)

б) в нижней части колонны:

(2.32)

Высота тарельчатой колонны:

(2.33)

где h – расстояние между тарелками,

ZВ – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,

ZН – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны,

N – число действительных тарелок.

2.5. Определение средних массовых расходов пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны

Ø Определение среднего мольного состава жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.34)

б) в нижней части колонны:

(2.35)

Ø Определение среднего мольного состава пара в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.36)

б) в нижней части колонны:

(2.37)

Ø Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

а) в верхней части колонны:

(2.38)

б) в нижней части колонны:

(2.39)

Ø Определение средних мольных масс пара в верхней и нижней частях колонны: а) в верхней части колонны:

(2.40)

б) в нижней части колонны:

(2.41)

Ø Определение средней плотности пара в верхней и нижней частях колонны:

(2.42)

(2.43)

Ø Средняя плотность пара в колонне:

Ø

(2.44)

Ø Средняя плотность жидкости в колонне:

Ø

(2.45)

Ø Определение средней плотности жидкости в верхней и нижней частях колонны:

(2.46)

(2.47)

Ø Определение мольной массы исходной смеси и дистиллята:

(2.48)

(2.49)

Ø Расчет средних массовых расходов по жидкости для верхней и нижней частей колонны: