В данном случае:

; ,

где и – концентрации бензола в парогазовой смеси, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на выходе и входе в абсорбер.

=0,56-0,158=0,402 кг Б/кг Г

=0,0216-0,0093=0,0123 кг Б/кг Г

кг Б/кг Г

м2

Нн=F/(S·σ·ψ)=2048,1/(2,01·235·1)=4,34 м

Количество единиц переноса:

nоу=Нн/hоу=4,34/0,9=4,8≈5 шт.

Уточненная высота насадки:

Нн=5·0,9=4,5 м

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой и от верха насадки до крышки абсорбера выбирают в зависимости от орошаемого устройства, примем эти расстояния равными 1,4 и 2,5 м. тогда высота абсорбера будет равна

Нв=4,5+1,4+2,5=8,4 м

3. Высота терельчатого абсорбера

Определение высоты тарельчатого абсорбера проводятся по уравнению:

Нт=(n-1)h,

где n – число тарелок в колонне; h – расстояние между тарелками.

При приближенных расчетах применяют метод определения числа тарелок с помощью среднего к.п.д. тарелок:

n=nт/η,

где nт – число теоретических тарелок. Число теоретических тарелок находим графически. По гарфику находим число теоретических тарелок: nт=3.

n=3/0,67=4,5≈5

расстояние между тарелками выбираем из стандартного ряда и принимаем равным 0,5 м. Тогда:

Нт=(5-1)·0,5=2 м

Расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 1,5 м; расстояние между нижней тарелкой и днищем абсорбера – 2,5 м. Общая высота абсорбера:

Н=2,5+1,5+2=6 м

Задача 2

Уравнения рабочих линий ректификационной колонны для разделения смеси бензола и толуола под атмосферным давлением:

у=0,723х+0,263; у=1,25х-0,018.

В колонну подается 75 кмоль/ч смеси при температуре кипения. Греющий пар в кубе колонны имеет избыточное давление 3 кгс/см2.

Определить требуемую поверхность нагрева в кубе колонны и расход греющего пара, имеющего влажность 5%. Коэффициент теплопередачи К=580 Вт/м2·К. Тепловыми потерями пренебречь. Температуру кипения жидкости в кубе принять как для чистого толуола.

Решение

Используя уравнения рабочих линий и уравнения материальных балансов для исчерпывающей и укрепляющих частей колонны, определим равновесный состав смеси, состав дистиллята и флегмы.

, у=0,723х+0,263

Тогда =0,723, откуда Gх=2,61 – флегмовое число или количество флегмы, перетекающее сверху вниз по укрепляющей части колонны.

=0,263, откуда хр=0,949 – состав дистиллята в долях моля легколетучего компонента.

;

у=1,25х-0,0180,8у+0,018

Таким образом, =1,25, откуда F=1,9025 кг-моль/кг-моль дистиллята – количество начальной смеси; =0,018, откуда хω=0,0036 – состав кубового остатка в долях моля легколетучего компонента.

Gх′=F+Gх=1,9025+2,61=4,5125 – флегмовое число в исчерпывающей части колонны.

Для всей колонны уравнение материального баланса

F=W+1;

хр+хω·W=хf·F

W=F-1=1,9025-1=0,9025

хf=( хр+хω·W)/F=(0,949+0,0036·0,9025)/1,9025=0,500

Результаты сведем в таблицу:

Расход теплоты в кубе-испарителе ректификационной колонны непрерывного действия определяют из уравнения теплового баланса колонны с дефлегматором-конденсатором

Qк+GFiF = Qд+ GDiD+ GWiW +Qп,

где Qк – расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующегося пара в кубе-испарителе. Вт; Qд – расход теплоты, отнимаемой охлаждающей водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт; Qпот – тепловые потери (по условию задачи Qпот=0); GF, GD, GW – массовые расходы питания, дистиллята и кубового остатка, кг/с; iF, iD, iW – соответствующие удельные энтальпии.

Qк=QД+GDсDtD+GWсWtW-GFсFtF+0,

где сD, сW, сF – средние удельные теплоемкости, Дж/кг·К; tD, tW, tF – соответствующие температуры, °С (tD=82°С, tW=110,6°С, tF=93°С)

G=75 кмоль/ч=20,83 моль/с, что соответствует 20,83·22,4=466,67 л/с=0,467 м3/с (при нормальных условиях). При температуре кипения исходной смеси объемный расход Gv=0,467·(273+93)/273=0,625 м3/с

Средняя плотность исходной смеси ρсм=(4,1+3,48)/2=3,79 кг/м3, тогда массовый расход GF=2,37 кг/с

; ,

GD=GF/F=2,37/1,9025=1,25 кг/с

GW=W·GD=0,9025·1,25=1,12 кг/с

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Удельная теплоемкость исходной смеси взяты при температуре 93°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

,

где удельная теплоемкость дистиллята взята при температуре 82°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

где удельная теплоемкость кубового остатка взята при температуре 110,6°С.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Здесь

где и - удельные теплоты конденсации бензола и толуола при 820С.