у, який охолоджується в теплообміннику 7 і направляється в проміжну ємність 8. Таким чином, в ректифікаційної колоні здійснюється безперервний нерівноважний процес поділу вихідної бінарної суміші на дистилят і кубовий залишок.
ректифікаційна установка гексан толуол
2. Розрахункова частина
2.1 Матеріальний баланс колони
Продуктивність колони по вихідної суміші і кубовому залишку визначимо з рівнянь матеріального балансу колони:
;
.
З рівнянь матеріального балансу:
GW=0,4 кг/с; GD=0,15 кг/с.
GF=0,55 кг/с
Знайдемо мінімальне флегмовое число RMIN за формулою:
.
Для розрахунків висловимо концентрації вихідної суміші, дистиляту і кубового залишку в мольних частках за формулою:
.
XF=(86 * 0,3)/(86 * 0,3 + 0,7 * 92)=0,286
XD=(86 * 0,95)/(86 * 0,95 + 0,05 * 92)=0,947
XW=(86 * 0,05)/(86 * 0,05 + 0,95 * 92)=0,046
Відносний молярний витрата харчування
F=(xD-xW)/(xF-xW)
F=(0,947-0,046)/(0,286-0,046)=3,75
y * F - знаходимо по діаграмі xy (рис.2 в додатку Б)
y * F=60 кмоль/кмоль суміші.
Робоче число флегми визначимо по рівнянню:
R=1,3RMIN + 0,3=1,78
Рівняння робочих ліній:
а) верхньої (зміцнювальної) частини колони
у=(R/R + 1) x + xD/(R + 1)=(1,78/2,78) х + 0,947/2,78у=0,64х + 0,34
б) нижньої (вичерпної) частини колони
у=((R + F)/(R + 1)) x- ((F - 1)/(R + 1)) xw
y=((1,78 + 3,75)/(1,78 + 1)) x- ((3,75-1)/1,78 + 1)) 0,046
y=1,99x - 0,045
Середні концентрації рідини (у верхній і нижній частині колони):
;.
=(0,947 + 0,286)/2=0,616 кмоль/кмоль суміші;
=(0,286 + 0,046)/2=0,166 кмоль/кмоль суміші.
Середні концентрації пара знаходимо по рівняннях робочих ліній:
а) у верхній частині колони
у'ср=0,64 + 0,34=0,734
б) в нижній частині колони
у ср=1,99 * - 0,045=0,285
Середні температури пари визначаємо по діаграмі tx, y (рис.3 в додатку Б):
а) при у ср=0,734 t ср=83 ° С або 356К
б) при у ср=0,285 t ср=101,8 ° С або 374,8К
Середні молярний маси та щільності пара:
а) М'ср=0,734 * 86 + 0,266 * 92=87,6 кг/кмоль
? ср=М срТ0/22,4 t'ср
? 'ср=(87,6 * 273)/(22,4 * 356)=2,99 кг/м3
б) М ср=0,285 * 86 + 0,715 * 92=90,3 кг/кмоль
? ср=М срТ0/22,4 t ср=(90,3 * 273)/(22,4 * 374,8)=2,93 кг/м3
Середня щільність пара в колоні:
? ср=(? ср +? 'ср)/2=(2,99 + 2,93)/2=2,96 кг/м3
Густині рідких гексану і толуолу близькі. Температура у верху колони при xD=0,947 дорівнює 69 ° С, а в кубі-випарнику при хW=0,046 вона дорівнює 106 ° С.
Щільність рідкого гексану при 69 ° С? г=978,05кг/м3, а рідкого толуолу при 106 ° С? т=781,4кг/м3.
Приймаємо середню щільність рідини в колоні
? ж=(978,05 + 781,4)/2? 880кг/м3
За даними каталогу-довідника Колонні апарати [6] приймаємо відстань між тарілками h=300 мм. Для ситчатих тарілок за графіком (рис.4 в додатку Б) знаходимо С=0,032. Визначаємо швидкість пари в колоні по рівнянню:
w=C? (? ж-? п)=0,032? (880/2,96)=0,55 м/с
Середня температура в колоні:
Tср=(t ср + t 'ср)/2=(83 + 101,8)/2=92,4 ° С
Мольная маса дистиляту:
MD=xD * Mr (г) + (1-хD) * Mr (т)=86,3 кг/кмоль
Об'ємна витрата проходить через колону пара:
V=(GD (R + 1) * 22,4 * Tсрр0)/(MD * T0 * 3600p)=(540 * (1,78 + 1) * 22,4 * 365,4 * 1,033)/ (86,3 * 273 * 3600 * 1)=0,3м3/с
Діаметр колони:
D =? (V/0,785w) =? (0,15/(0,785 * 0,55))=0,62 м
За каталогом-довідником Колонні апарати [6] беремо D=800 мм. Тоді швидкість пара в колоні буде:
w=V/0,785 * 0,82=0,3/(0,785 * 0,64)=0,6 м/с
2.2 Гідравлічний розрахунок тарілок
Приймаються наступні розміри Сітчатие тарілки: діаметр отворів d 0=4мм, висота зливний перегородки h п=40мм. Вільне перетин тарілки (сумарна площа отворів) 8% від загальної площі тарілки. Площа, яку займає двома сегментними переливними склянками, становить 20% від загальної площі тарілки.
Розрахуємо гідравлічний опір тарілки у верхній і в нижній частині колони з рівняння:
? р =? р сухий +? р? +? р ПЖ
