Технологический расчет. 
Алкилирование

Определение объемов пара и жидкости, проходящих через колонну

Средний мольный состав жидкости а) в верхней части колонны.

х^/_ср = = 0,74.

б) в нижней части колонны.

х_ср^// = = 0,2765.

Средний массовый состав жидкости а) в верхней части колонны х^/_ср.в = = 0,7.

б) в нижней части колонны.

х^//_ср.н = 0,24.

Средние мольные массы жидкости а) в верхней части колонны М_В = 58· 0,74 + 78· 0,26 = 63,2 кг/моль б) нижней части колонны М_Н = 58· 0,2765 + 78· 0,7235 = 72,47 кг/моль Определяем мольные массы:

дистиллята М_В = х_РМ_А + (1 — х_Р)М_Б = 58,8 кг/моль исходной смеси М_В = х_FМ_А + (1 — х_F)М_Б = 67,6.

кубового остатка М_В = х_WМ_А + (1 — х_W)М_Б = 77,34.

Средний мольный состав паров а) в верхней части колонны.

у_ср.в = = 0,82.

б) в нижней части колонны.

у_ср.н = = 0,36.

Средняя мольная масса паров:

а) в верхней части колонны М_В = 58· 0,82 + 78(1 — 0,82) = 61,6.

б) в нижней части колонны М_Н = 58· 0,36 + 78(1 — 0,36) = 70,8.

Средняя плотность жидкости а) в верхней части колонны.

= 746· 07 + 836(1 — 0,7) = 773 кг/м³

б) в нижней части колонны.

= 732· 0,24 + 825(1 — 0,24) = 802,7 кг/м³

где 746 и 836 — плотности соответственно ацетона и бензола при t_ср = (57 +63)/2 = 60; 732 и 825 — плотности соответственно ацетона и бензола при t_ср = (63 + 79)/2 = 71.

Средняя плотность пара а) в верхней части колонны.

кг/м³

б) в нижней части колонны.

= = 2,5кг/м³

Массовый расход жидкости а) в верхней части колонны.

L_B = 0,92· 2,89·63,2/58,8 = 2,9 кг/с б) в нижней части колонны.

L_Н = 0,92· 2,89·72,47 / 58,8 + 2· 70,8/67,6 = 6,3 кг/с Массовый поток пара а) в верхней части колонны.

G_B = 0,92(2,89 + 1)61,6/58,8 = 3,7 кг/с б) в нижней части колонны.

G_H = 0,92(2,89 +1)70,8/58,8 = 4,3 кг/с Расчет скорости пара и диаметра колонны.

Для верхней и нижней части колонны предельная скорость пара равна:

= 0,05 = 0,9м/с = 0,05 = 0,89м/с.

Рабочая скорость паров в верхней и нижней части колонны:

= 0,85· 0,9 = 0,77м/с = 0,85· 0,89 =0,76 м/c.

Ориентировочный диаметр верхней и нижней части колонны:

D_B = = = 1,6 м.

D_H = = = 1,7 м.

Тогда.

D_ср =.

Принимаем ректификационную колонну с диаметром в верхней и нижней части, равными 1200 мм. При этом действительная рабочая скорость пара при средней скорости паров w_cp = (0,77 + 0,76)/2 = 0,765 м/с будет равна:

w_p= 0,765(1,65/1,2)²= 1,4 м/с По ОСТ 26−01−282−71 для колонны диаметром 1000 мм выбираем колпачковую тарелку ТСК — 1 со следующими конструктивными данными: диаметр отверстии 60 мм, свободное сечение колонны 0,78 м², шаг между отверстиями 110 мм, рабочее сечение тарелки 1,01 м², относительное свободное сечение тарелки 9%, периметр слива 0,8 м, масса 42,7 кг.

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

w_T =w_P = 1,4· 0,785·1,2²/1,01 =1,56 м/с Расчет высоты ректификационной колонны Для определения высоты ректификационной колонны необходимо рассчитать число действительных тарелок. Для определения числа теоретических тарелок на диаграмме х — у построим линии рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей части колонны. На оси ординат откладываем отрезок ОD:

OD = b =0,96/(2,89 + 1) = 0,39.

Число теоретических тарелок находим путем построения ступенчатой линии между линией равновесия и линиями рабочих концентраций в пределах х_р до х_w.

Смесь в нижней части колонны:

м_А = 0,2· 10^-3 Па· с; р_А = 1400 мм.рт.ст;

м_Б = 0,316· 10^-3 Па· с; р_Б = 750 мм.рт.ст;

б = 1400/750 = 1,8;

= 0,033 0,2· 10^-3 + (1 — 0,033) 0,316· 10^-3

= 0,507· 10^-3 Па· с;

При бм_см = 1,8· 0,507·10^-3 =0,912· 10^-3 имеем ?₁ = 0,497.

Исходная смесь:

м_А = 0,24· 10^-3 Па· с; р_А = 900 мм.рт.ст;

м_Б = 0,4· 10^-3 Па· с; р_Б = 440 мм.рт.ст;

б = 900/440 = 2,05;

= 0,52 0,24· 10^-3 + (1 — 0,52) 0,4· 10^-3

= 0,513· 10^-3 Па· с;

При бм_см = 2,05· 0,513·10^-3 =1,05· 10^-3 имеем ?₂ = 0,480.

Смесь в верхней части колонны:

м_А = 0,28· 10^-3 Па· с; р_А = 700 мм.рт.ст;

м_Б = 0,497· 10^-3 Па· с; р_Б = 380 мм.рт.ст;

б = 700/380 = 1,84;

= 0,96 0,28· 10^-3 + (1 — 0,96) 0,497· 10^-3

= 0,542· 10^-3 Па· с;

При бм_см = 1,84· 0,542·10^-3 =0,997· 10^-3 имеем ?₃ = 0,501.

Таким образом, средний к.п.д. тарелки:

? _ср = (?₁ + ?₂ + ?₃)/3 = 0,492.

Действительное число тарелки:

N_Д = 10/0,492 = 20,7.

Принимаем 20 тарелок, из которых 11 — в верхней части колонны, а 9 — в нижней. Питающей является девятая тарелка снизу.

Для колонных аппаратов диаметром 1000 мм расстояние между тарелками равен 400 мм. Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны h₁ = 2420 мм и от нижней тарелки до днища h₂ = 3000 мм, определим высоту колонны:

Н_К = (20 -1)· 0,4 + 2,42 + 3 = 13,12 м.