Рассчитать и запроектировать

Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/ч, кубового остатка через GD кг/ч.
Из уравнений материального баланса:
GF= GD+ GW (1.1)
GF*xF= GD*xD+ GW*xW (1.2)
GD*0,88+ GW*0.05= 5300*0,45
Получаем, что GD= 2554,217 кг/ч, GW= 2745,783 кг/ч
Для дальнейших расчётов, как уже говорилось выше, выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях (в соответствии с I. табл.6.2):
Питание:
xF = (x/Мсп)/ (xF/Mсп + (100-xF)/Mв) (1.3)
де Мсп и Мв - мольные массы спирта и воды соответственно, кг/кмоль.
xF = (45/32)/(45/32+(100-45)/18)=0.3152
Дистиллят:
xD = (x/Мсп)/ (xD/Mсп+ (100-xD)/Mв) (1.4)
xD = (88/32)/(88/32+(100-88)/18)=0,8049
Кубовый остаток:
xW = (x/Мсп)/ (xW/Mсп+ (100-xW)/Mв) (1.5)
xW = (5/32)/(5/32+(100-5)/18)=0,02875
Относительный мольный расход питания:
F= (xD-xW)/ (xF-xW) (1.6)
где xF, xD, xW - содержание легколетучего (низкокипящего) компонента в питании, в дистилляте и в кубовом остатке соответственно, мольные доли.
F= (0.8049-0.02875)/(0.3152-0,02875)=2,71
Определим минимальное число флегмы по уравнению:
Rmin= (xD-yF*)/ (yF*-xF) (1.7)
где yF*=0.6747 - мольная доля метанола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y*- x.
Rmin= (0.8049-0.6747) / (0.6747-0.3152) = 0,36
Рабочее число флегмы определяем по уравнению:
R = 1,3*Rmin + 0.3 (1.8)
R= 1,3*0.36 + 0.3 = 0,768
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны
yв = (R/(R+1))*x +xD/(R+1) (1.9)
yв = (0,768/(0,768+1))*x +0.8049/(0,768+1)
или
yв = 0,434*x+0,455
б) нижней (исчерпывающей) части колонны
yн = ((R+F)/(R+1))*x - xW*(F-1)/(R+1) (1.10)
yн = ((0,768+2,71)/(0,768+1))*x - 0.02875*(2,71-1)/(0,768+1)
или
yн = 1,967*x+0.0278
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПАРА И ДИАМЕТРА КОЛОННЫ
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны
x'СР = (xF + xD)/2 (2.1)
x'СР = (0.3152 + 0.8049)/2 = 0.56005
б) в нижней части колонны
x”СР = (xF + xW)/2 (2.2)
x”СР = (0,3152 + 0,02875)/2 = 0,171975
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий (1.9) и (1.10):
а) в верхней части колонны
y'СР = 0.434* x'СР+0.455 = 0.434*0.56005+0.455 = 0,698
б) в нижней части колонны
y”СР = 1,967* x”СР-0,0278= 1,967*0.171975-0.0278 = 0,310
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x, y:
а) при y'СР = 0.698 t'СР = 81 °С
б) при y”СР = 0.310 t”СР = 92 °С
Средние мольные массы и плотности пара:
а) М'СР = 0,698*32 + 0,302*18 = 27,72 кг/кмоль
с'CР = М'СР*Т0/(22,4*Т'СР) (2.3)
с'CР = 27.72*273/(22,4*354) = 0.954 кг/м3
б) М”СР = 0,310*32 + 0,690*18 = 22.34 кг/кмоль
с”CР = М”СР*Т0/(22,4*Т”СР) (2.4)
с'CР = 22.34*273/(22,4*365) = 0.746 кг/м3
Средняя плотность пара в колонне:
сП = (с'СР + с”СР)/2 (2.5)
сП = (0.954 + 0.746)/2 = 0.85 кг/м3
Плотность жидкого метанола при 58°С сСП = 746 кг/м3 , а плотность жидкой воды при 95.2◦С сВ = 961,92 кг/м3.
Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
сЖ = (961,92 + 746)/2 = 854 кг/м3
Определяем скорость пара в колонне по уравнению:
щ = C*(сЖ / сП)1/2 (2.6)
Принимаем расстояние между тарелками h = 300 мм. Для ситчатых тарелок С = 0,032.
щ = 0,032*(854/0,85)1/2 = 16,075 м/с
Объёмный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне
tСР = (81+92)/2 = 87 °С
V = GD*(R+1)*22.4*TСР*p0/(MD*T0*3600*p) (2.7)
где MD-мольная масса дистиллята, равная
MD = 0.8049*32+0.1951*18 = 29.27 кг/кмоль
V = 2554,217 *(0,768+1)*22.4*365*1.033/(29.27*273*3600*1) = 1,3258 м3/с
Диаметр колонны:
D = (V/(0.785*щ))1/2 (2.8)
D = (1.3258/(0.785*16.075))1/2 = 0,0525 мм