ВСТУП
Колонні ректифікаційні апарати і установки є найважливішим масообмінних обладнанням хімічних, нафтохімічних та інших суміжних галузей промисловості. Найбільшого поширення у процесах ректифікації отримали тарілчасті і насадкові апарати.
Ректифікацією називається процес поділу однорідних гомогенних сумішей на складові речовини або групи складових речовин шляхом взаємодії пари і рідини, які не перебувають в термодинамічній рівновазі. При взаємодії пари і рідини компоненти перерозподіляються між фазами: пар збагачується легколетучим компонентом або низкокипящим (НК), а рідина - висококиплячих компонентах (ВК).
В основі будь-якого методу розрахунку лежить ряд вихідних припущень, що спрощують розрахункову процедуру. При розрахунку ректифікаційної установки приймаємо наступні допущення:
1. Склад рідини, що стікає в куб колони, дорівнює складу пари, що піднімається з кип'ятильника в колону (xw=yw).
2. Склад пари, що надходить з колони в дефлегматор, дорівнює складу рідини, що стікає з дефлегматора в колону (yp=xp).
. Приховані молярний теплоти пароутворення компонентів суміші рівні, а це означає, що один кмоль сконденсировавшейся пара випаровує одна кмоль рідини, внаслідок чого, кількість пари, що піднімається по колоні, не змінюється.
. Вихідна суміш надходить в колону при температурі кипіння.
Зв'язок між рівноважними концентраціями рідини і пари для ідеальних розчинів встановлюється на підставі законів Рауля і Дальтона. На підставі даних по рівновазі можуть бути побудовані графіки: 1) крива рівноваги у-х; 2) ізобара температур кипіння і конденсації t - x, y.
Завдання
Продуктивність по вихідної суміші - 4 т/год;
Концентрація ацетону:
у вихідній суміші - aF=40% (мас.),
в дистилляте - AР=96% (мас.),
в кубовому залишку - aW=1,8% (мас.).
Температура:
охолоджуючої води - 12 ° С,
дистиляту після холодильника - 24 ° С,
кубового залишку після холодильника - 28 ° С,
вихідної суміші - 20 ° С.
Тиск насиченої водяної пари - 6,0 кгс/см2,
Коефіцієнт надлишку флегми - 1,55.
Колона працює під атмосферним тиском.
Вихідна суміш і флегма вводяться в апарат при температурі кипіння.
Розрахунок проводиться в наступній послідовності.
1. Визначення продуктивності по дистилляту і кубовому залишку
Продуктивність колони по дистилляту визначаємо за формулою:
кг/ч=0,45 кг/с.
Продуктивність колони по дистилляту визначаємо з рівняння:
GW=GF - GP=4000 - 1622,081=2377,919кг/ч=0.66 кг/с.
Перевірка:
. 0,4=1622,081. 0,96 + 2377,919. 0,018
=1557,197 + 42,803
=1 600
2. Визначення мінімального і дійсного флегмового числа
Перераховуємо масові концентрації в молярний за формулою:
де Х - концентрація низькокиплячого компонента А (ацетону) в бінарній суміші, мовляв. частки;
а - вміст низькокиплячого компонента А (ацетону) в бінарній суміші, мас. частки;
МА, МВ - молярна маса компонента А (ацетону) і В (вода) (відповідно).
Молярні маси: ацетон - 58 кг/кмоль.
вода - 18 кг/кмоль.
Тоді концентрація вихідної суміші:
;
дистиляту:
;
кубового залишку:
.
Мінімальне флегмовое число визначаємо графо-аналітичним способом. Для цього на підставі дослідних даних [7, 8], в координатах у-х будуємо криву рівноваги для суміші ацетон-вода при атмосферному тиску і криву температур кипіння і конденсації.
На діаграмі у-х з точки 1 (хр=ур) через точку 2? (ХF, уF *) проводимо пряму лінію до перетину з віссю у. Відрізок, що відсікається на осі у, позначимо через Вmax=0,78. За величиною цього відрізка знаходимо мінімальне флегмовое число
.
Рівноважні дані для суміші ацетон-вода
Зміст компонента А, мовляв. % Температура кипіння, t, ° Св рідини (х) в парі (у)00,0100560,377,9107269,62080,364,53082,762,64084,261,65085,560,76086,959,87088,2598090,458,29094,357,5100100,056,9
Дійсне флегмовое число визначаємо, використовуючи рівняння:
R=KR. Rmin=1,55. 0.1516=0.2349
На діагра...
