Определение основных размеров колонны

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y (рис. 5.10):

a) при y¢_ср=0,829 t¢_ср=88^оС,

б) при у¢¢_ср=0,361 t¢¢_ср=103^оС.

Средние мольные массы и плотности пара:

Плотность пара вверху находим по уравнению (5.44):

,

где ρ_о = М/22,4 кг/м³ – плотность газа при нормальных условиях (т. е. при Т_о=273,15 К и Р_о=760 мм рт. ст.=1,013*10⁵ Па) M – молекулярная масса газа, кг/кмоль; Т – температура, К. В нашем случае уравнение запишется в следующем виде:

,

где М^В_ср = средняя молекулярная масса паров находится по формуле:

, (5.54)

где М – молекулярная масса компонента, кг/кмоль, у – мольная доля компонента.

а)

б)

Средняя плотность пара в колонне:

Плотности жидких бензола и толуола близки. Температура в верху колонны при у_D=0,965 равняется 82^оС, а в кубе-испарителе при x_W=0,023 она равна 109 ^оС (рис. 5.10).

Плотность жидкого бензола при 82^оС ρ_б=813 кг/м³, а жидкого толуола при 109 ^оС ρ_т=783 кг/м³ [4,5,21].

Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне

Определяем скорость пара в колонне по уравнению (5.43). По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками h=300 мм. Для ситчатых тарелок по графику (рис. 5.6) находим С=0,032.

Скорость пара в колонне по уравнению (5.43):

Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t_ср=(88+103)/2=96^оС находим по формуле (5.40):

,

где М_D – молекулярная масса дистиллята, равная:

Найдем диаметр колонны по формуле :

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берем D=2500 мм. Тогда скорость пара в колонне будет равна:

Определим общую высоту колонны (рис. 5.11) по формуле (5.55) [13, стр. 52]:

(5.55)

Рис. 5.11 Схема ректификационной колонны

Высоту от верхнего днища до первой ректификационной тарелки h₁ принимают конструктивно равной 1/2 диаметра, т.е. 1,25 м. Высоты h₂ и h₄ определяют, исходя из числа тарелок в этой части колонны и расстояния между ними (расстояние между тарелками h принято 0,3 м). В колонне 30 действительных тарелок (14 – в отпарной части колонны; 16 – в концентрационной части).

;

.

Высоту h₃ берут из расчета расстояния между четырьмя тарелками, т.е.:

Высоту h₅ принимают равной 2 м. Высоту h₆ определяют, исходя из запаса остатка на 10 мин. Объем реакционной массы внизу колонны составляет:

Площадь поперечного сечения колонны:

Отсюда

Высоту опоры колонны h₇ принимают, исходя из практических данных, равной 4 м. Общая высота колонны составляет: