Лекция №15. Мнимальное флегмовое число

Мнимальное флегмовое число

Анализ положения рабочих линий в зависимости от величины флегмового числа позволяет найти пределы изменения значений R и его выбор для оптимальной организации процесса. Практически флегмовое число не бывает задано, и его нужно правильно выбрать. Это особенно важно при больших производительностях установки.

Точка пересечения рабочих линий (точка b на рис. 3.17) зависит от величины , которая изменяется с изменением R (так как ).

Эта точка может перемещаться по вертикали, выходящей из точки с координатой на абсциссе , в интервале отрезка . Пересечение рабочих линий в точках b ₂ и b ₃ невозможно. Поясним, почему.

В одном случае (точка b ₂) рабочая линия пересекает линию равновесия, что невозможно, поскольку при ректификации < .

В другом случае пересечение рабочих линий в точке b ₃ невозможно потому, что при этом концентрация НК в паре была бы выше, чем в жидкой фазе, а при перегонке этого не может быть. Вот почему линии рабочих концентраций могут пересекаться по линии x_F только между диагональю и равновесной линией, т.е. только по линии .

При пересечении рабочих линий в точке рабочие концентрации равны равновесным, что возможно только при бесконечно большой поверхности массопередачи, так как при этом . В этом случае (линия на рис. 3.17) флегмовое число должно быть минимальным, а величина отрезка В – максимальной, т.е.

причем определяют графически (рис. 3. 17).

рассматриваемого случая (т.е. для условия пересечения рабочих линий в точке ) следует, что

откуда

Рис. 3.17. К построению рабочих линий на диаграмме

Из уравнения (3.13) рабочей линии верхней части колонны для

Решая уравнение относительно , получим

(3.15)

При пересечении рабочих линий в точке на диагонали, т.е. если бы направления рабочих линий совпадали с диагональю диаграммы, отрезок на оси ординат В был бы равен 0, и тогда . Практически это возможно при работе колонны без отбора дистиллята (т.е. колонна работает на себя) и . На практике рабочие линии пересекаются в точке b и R > , т.е. (где примерное значение а = 1,1÷3), где а – коэффициент избытка флегмы. Реальное флегмовое число может быть найдено по уравнению Джилиланда

. (3.16)

Причем это значение R близко к оптимальному.

3.3.4. Тепловой баланс ректификационной установки

Тепловой баланс ректификационной колонны непрерывного действия с дефлегматором составляется для определения расхода греющего пара на процесс ректификации (рис. 3.18).

Рис. 3.18. К выводу уравнения теплового баланса

ректификационной колонны

Таким образом,

Приход теплоты:

1) с исходной смесью

;

2) с флегмой

;

3) с греющим паром в кубе

.

Расход теплоты:

1) с кубовым остатком

;

2) с парами низкокипящего компонента, уходящего из колонны,

;

3) потери теплоты в окружающую среду Q _пот.

.

С учетом того, что , имеем (все расходы приводятся к размерности кг/с)

(3.17)

,

где – удельные теплоемкости кубового остатка, исходной смеси и дистиллята при соответствующей температуре, Дж/(кг×К); – удельная теплота конденсации пара, уходящего из колонны, Дж/кг.

Удельная теплоемкость смеси компонентов, Дж/(кг×К), определяется по уравнению

(3.18)

где – удельная теплоемкость чистых компонентов, Дж/(кг×К).

Удельная теплота конденсации пара r _Ф, Дж/кг, определяется по уравнению

(3.19)

Расход греющего пара в кубе, кг/с, находится по уравнению

(3.20)

где r _п – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Расход греющего пара на нагревание исходной смеси в подогревателе, кг/с,

(3.21)

где – начальная температура исходной смеси, °С; – температура смеси, соответствующая температуре на питающей тарелке, °С; – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.

Находится тепловая нагрузка дефлегматора – конденсатора, Вт,

(3.22)

Расход охлаждающей воды, кг/с, в дефлегматоре определяется по уравнению

(3.23)

а в холодильнике дистиллята по уравнению

(3.24)

в холодильнике кубового остатка

(3.25)

где – температура дистиллята на входе и выходе из холодильника, °С; – температура кубового остатка на входе и выходе из холодильника, °С; с _в – удельная теплоемкость воды при средней температуре, Дж/(кг·К); D t – разность температуры воды на входе и выходе из теплообменника, °С, принимается для оборотного водоснабжения 4–6 °С.

Дата добавления: 2014-01-20