2721 Методичнi вказівки та контрольні завдання (стр. 7 )

4.2.2 Тиск у колоні.

Візьмемо [19], що температура дистиляту в ємності зрошення на 15 °С перевищує початкову температуру охолоджуючої води

.

(61)

За рівнянням ізотерми рідкої фази [1,4,5,7,17-19] для дистиляту

(62)

методом підбору обчислюють тиск Р0 в ємності зрошення (див. табл. 6).

Таблиця 6 – Розрахунок тиску в ємності зрошення

Компонент	Константа фазової рівноваги Кі при Р0 та t0	Концентрація Xdi
С3Н8
і-С4Н10
н-С4Н10
С5Н12+
Разом		= 1,0	» 1,0

При цьому константи фазової рівноваги Кі визначають за номограмою на рис. А.2 [2] залежно від тиску Р0 і температури t0.

Тиск зверху колони Pd, враховуючи гідравлічний опір між колоною і ємністю зрошення, беруть на 0,04 МПа більшу, ніж в ємності зрошення. Тиск у низу колони Pw за рахунок опору тарілок беруть на 0,03 МПа більший, ніж на верху [19]. Тиск у секції живлення Pf беруть середній між Pd i Pw:

, , .

(63)

4.2.3 Температурний режим у колоні. Температуру td на верху колони визначають методом послідовного наближення (див. табл. 7) за рівнянням ізотерми парової фази для дистиляту

.

(64)

Таблиця 7 – Розрахунок температури дистиляту бутанової колони

Компонент	Константа фазової рівноваги Кі при Рd та td	Концентрація Ydi = Xdi
С3Н8
і-С4Н10
н-С4Н10
С5Н12+
Разом		= 1,0	» 1,0

При цьому константи фазової рівноваги Кі визначають за номограмою на рис. А.2 [2] залежно від тиску Рd і температури td.

Температуру tf в секції живлення і температуру tw у низу колони також визначають методом послідовного наближення (див. табл. 8 і 9) за рівнянням ізотерми рідкої фази для сировини та кубового залишку відповідно:

, .

(65)

Таблиця 8 – Розрахунок температури сировини бутанової колони

Компонент	Константа фазової рівноваги Кі при Рf та tf	Концентрація Xfi
С3Н8
і-С4Н10
н-С4Н10
С5Н12+
Разом		= 1,0	» 1,0

При цьому константи фазової рівноваги Кі визначають за номограмою на рис. А.2 [2] залежно від тиску Рf і температури tf.

Таблиця 9 – Розрахунок температури кубового залишку бутанової колони

Компонент	Константа фазової рівноваги Кі при Рw та tw	Концентрація Xwi
н-С4Н10
С5Н12+
Разом		= 1,0	» 1,0

При цьому константи фазової рівноваги Кі визначають за номограмою на рис. А.2 [2] залежно від тиску Рw і температури tw.

4.2.4 Мінімальне та робоче флегмові числа.

Рідину, що надходить на зрошення колони, називають флегмою; її отримують шляхом конденсації парів, що піднімаються з верхньої частини колони, в спеціальних конденсаторах – дефлегматорах.

Відношення кількості флегми до кількості дистиляту називають флегмовим числом R. Флегмове число визначає положення робочих ліній процесу ректифікації у верхній та нижній частинах колони і вирішально впливає на розміри ректифікаційної колони, а також на енергетичні затрати для проведення процесу.

Заданий процес ректифікації може бути реалізований при зміні флегмового числа від деякого мінімального значення Rmin до нескінченно великого Rmax®¥.

При R®¥ робочі лінії збігаються з лінією рівних концентрацій (діагоналлю діаграми у – х), рушійна сила процесу є найбільшою, а необхідне число теоретичних тарілок – найменшим. Цей режим називають режимом повного зрошення, або нескінченної флегми, та реалізують, коли уся рідина, отримана в результаті повної конденсації парів у дефлегматорі, повертається в колону як флегма.

При R = Rmin робочі лінії перетинаються з лінією рівноваги, рушійна сила процесу в точці перетину дорівнює нулю, а необхідне число теоретичних тарілок є нескінченним. Тому такий режим у реальній ректифікаційній колоні неможливий. Але мінімальне флегмове число є необхідним для подальшого визначення робочого флегмового числа.

Мінімальне флегмове число при ректифікації багатокомпонентних сумішей обчислюють за рівнянням Андервуда [3,4,7,10,13,17-19]

,

(66)

де aі – коефіцієнт відносної леткості і-го комонента (aі = Кі/К4) при температурі tf і тиску Pf; q – корінь іншого рівняння Андервуда

,

(67)

де q – відношення кількості тепла, яке необхідно надати сировині для переведення її в пароподібний стан, до теплоти випаровування.

Якщо сировину подають у парорідинному стані, тобто при деякій частці відгону 0 £ е £ 1, то q = 1 – e. При подачі киплячої рідини q = 1, а при живленні колони насиченою парою q = 0. Для перегрітої пари q < 0, для недогрітої до кипіння рідини q > 1.

Число коренів рівняння (67) дорівнює числу компонентів суміші. Оскільки ключовим ВКК є пентан, то параметр q міститься між двома суміжними коефіцієнтами відносної леткості a3 > q > a4 та визначають методом підбору (див. табл. 10).

Однією з основних проблем при розрахунку ректифікаційної колони є вибір робочого флегмового числа на основі техніко-економічного аналізу. Загальний підхід при цьому полягає в мінімізації сумарних затрат на проведення процесу. Але труднощі при визначенні питомих коефіцієнтів амортизаційних і експлуатаційних затрат, що залежать від цін на матеріали, обладнання, теплоносії та енергію, стимулюють широке використання емпіричних оцінок та практичних рекомендацій.

Таблиця 10 – Розрахунок параметра q для бутанової колони

Компонент	Константа фазової рівноваги Кі при Рf та tf	Коефіцієнт відносної леткості	Концентрація Xfi
С3Н8
і-С4Н10
н-С4Н10
С5Н12+
Разом			= 1,0
Компонент
С3Н8
і-С4Н10
н-С4Н10
С5Н12+
Разом			» е

Найпростіший із наближених підходів до визначення робочого флегмового числа базується на понятті про коефіцієнт надлишку флегми b = R/Rmin. При цьому рекомендовані діапазони b за різними джерелами помітно відрізняються: нижня межа – від 1,05 до 1,3; верхня – від 2 до 10.