1.7 Розрахунок числа теоретичних тарілок колони

Мінімальна кількість теоретичних тарілок, що відповідає нескінченно великому флегмовому числу, розраховується за рівнянням Фенська [1, 3] :

(1.18)

Число теоретичних тарілок, що відповідає робочому флегмовому числу, може бути визначено за графіком Джилліленда або розраховано з використанням рівняння, що апроксимує графічну залежність Джилліленда [3] :

(1.19)

Метод Фенске – Джилліленда використовується і для розрахунку числа теоретичних тарілок у відгінної та зміцнюючої секції колони. Мінімальна кількість теоретичних тарілок у відгінній секції розраховується за рівнянням:

(1.20)

Середнє геометричне значення коефіцієнта відносної леткості ключової пари компонентів для відгінної секції розраховується за формулою:

(1.21)

Мінімальна кількість теоретичних тарілок у зміцнюючій секції розраховується за рівнянням:

(1.22)

Середнє геометричне значення коефіцієнта відносної леткості ключової пари компонентів для секції, що зміцнює, розраховується за формулою:

(1.23)

Число теоретичних тарілок, розраховане пропорційно значенням Nmin для відгінної та зміцнюючої секції, склало 17.4 та 17.8 відповідно.

Число теоретичних тарілок колони можна розрахувати й іншими методами: «від тарілки до тарілці», Хенгстебека [1, 3, 20]. Середня похибка розрахунку числа теоретичних тарілок методом Фенське – Джилліленда дорівнює 7%, а середня похибка розрахунку коефіцієнта корисної дії практичної тарілки при ректифікації багатокомпонентних сумішей, як правило, ще вища. Тому вважається, що метод Фенське – Джилліленд забезпечує точність, достатню для інженерних розрахунків.

1.8 Розрахунок числа практичних тарілок

Коефіцієнт корисної дії практичної тарілки ректифікаційної колони залежить від ефективності тарілок і від властивостей суміші, що розділяється, насамперед від в'язкості: чим вона нижче, тим ефективніше здійснюються масообмінні процеси і тим вище к.п.д. тарілки. Для розрахунку к.п.д. тарілок можна використовувати різні емпіричні критеріальні рівняння, що включають в'язкість системи, проте вони призводять до середніх відхилень розрахункових значень від експериментальних на рівні 10 - 13% [3].

Часто до розрахунку к.п.д. тарілок застосовується спрощене емпіричне рівняння [19] :

 = 0.17 – 0.616 lg (1.24),

де  - динамічна в'язкість суміші, що розділяється в рідкій фазі при середній температурі в колоні, в сантипуазах.

Як відомо, в'язкість – властивість, яка не є адитивною. Тому як допущення приймемо в якості основних компонентів при розрахунку в'язкості суміші у відгінної секції толуол, а в секції, що зміцнює, - бензол.

В'язкість компонентів залежно від середньої температури Т(К) розраховується за рівнянням [9] :

lg = (1.25)

Значення констант для толуолу: А = 467.33, В = 255.24;

для бензолу: А = 545.64, В = 265.34.

При середній температурі потоків у відгінній секції

Тотг.= (115 + 134.4) / 2 = 124.7 0 C = 397.85K для толуолу

lg = 467.33

Середній к.п.д. тарілок відгінної секції колони:

отг = 0.17 – 0.616 (0.656) = 0.574

Число практичних тарілок у колоні розраховується за формулою:

Для відгінної секції колони

N пр відг. = 17.5 / 0.574 = 30.5  31

Аналогічно з використанням значення динамічної в'язкості основного компонента секції, що зміцнює, розраховується число практичних тарілок в цій секції колони.

При середній температурі потоків у зміцнюючій секції

Тукр = (93.6 + 115) / 2 = 104.3 про С = 377.45 К

lg = 545.64

укр = 0.17 – 0.616 (0.611) = 0.546

Для зміцнюючої секції колони

Nпр укр = 17.8 / 0.546 = 32.6  33

---