Приняв рабочее флегмовое число R=1,75, с помощью y - x диаграммы, графически определим число теоретических ступеней контакта (рис. 2.4), которое должна обеспечить проектируемая колонна.
В нашем случае число теоретических ступеней контакта для верхней части равно NТВ = 5,5, для нижней NТН = 7,5.
Действительное число тарелок:
где ηТ - коэффициент полезного действия тарелки.
Рис. 2.4 Графический способ определения числа теоретических ступеней контакта.
Практикой установлено, что ηТ является функцией произведения вязкости жидкой фазы μсм (в мПа·с) и относительной летучести α.[1], а также диаметра колонны.
Относительная летучесть:
где , - давление насыщенных паров соответственно низкокипящего компонента (бензола) и высококипящего компонента (толуола), Па. [3,6]
Давление паров жидкости можно определить по Таблица П 7. Давление паров бензола и толуола представлено в таблица 2.2[6]
Таблица 2.3 Давление паров бензола и толуола в зависимости от температуры | ||||||||||||||
Жид- кость | Давление, мм. рт. ст | |||||||||||||
ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | ºС | |
Бензол | 26,5 | 45,4 | 74,7 | |||||||||||
Толуол | 9,7 | 18,2 | 25,5 | 39,5 |
Так как состав жидкой фазы меняется по высоте колонны, то наиболее точным является проведение потарелочного расчета, однако для целей курсового проектирования определим свойства смесей и коэффициент полезного действия только для питающей тарелки. Данное допущение мы также принимали и ранее.
Коэффициент относительной летучести для компонентов смеси на питающей тарелке:
Вязкость гомогенной смеси можно рассчитать по формуле:
где x – мольная доля низкокипящего компонента (бензола) в жидкой фазе; и - вязкость соответственно низкокипящего (бензола) и высококипящего (толуола) компонентов при соответствующей температуре жидкой фазы, Па·с.
Вязкость бензола =0,27мПас; вязкость толуола =0,29 мПаопределили по Таблица П 9 при температуре жидкой смеси на питающей тарелке 92ºС (см. рис. 2.3).
Вязкость жидкой фазы верхней на питающей тарелке при ее температуре 92ºС и мольной доле низкокипящего компонента 0,541
0,285 мПа·с.
Зная α и μ, найдем коэффициент полезного действия тарелки в нижней и верхней частях колонны [1].
При определении к.п.д. тарелок в колоннах большого диаметра (со значением длины пути жидкости м) рекомендуют к значениям, найденным рис. 2.5 давать поправку Δ:
Значения поправки Δ для смесей с приведены на рис. 2.6, l принимать примерно равным диаметру колонны.
Рис. 2.5 – Диаграмма для приближенного определения среднего коэффициента полезного действия тарелок.
Рис. 2.6 – Зависимость поправки Δ от пути жидкости на тарелке
Для принятого диаметра колонны 1400 мм
Определим действительное число тарелок для верхней и нижней частей колонны:
принимаем 10 тарелок.
принимаем 13 тарелок.
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле:
где h – расстояние между тарелками, м; и – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой, между днищем и нижней тарелкой, м.
Для выбора значения h в зависимости от диаметра колонны D, можно воспользоваться следующими практическими данными, представленными в таблица 2.4:
Таблица 2.4 Рекомендуемое расстояние между тарелками в зависимости от диаметра колонны | ||||
м | 0–0,6 | 0,6–1,2 | 1,2–1,8 | 1,8 и более |
,м | 0,15 | 0,30 | 0,45 | 0,60 |
Обычно принимают м, м.
В итоге высота колонны равна: