Задача вар 7

 

 

Ректификационная колонна

Задача вар 7

Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения т/ч исходной смеси, содержащей % масс. низкокипящего компанента (НК) и (100- ) %масс. высококипящего компонента (ВК). Требуемого содержание НК в дистилляте % масс.; в кубовом остатке % масс.; Разделение происходит при атмосферном давлении. Исходная смесь поступает в аппарат при температуре кипения

Решение

Материальный баланс.

Обозначим массовый расход дистиллята через G_D , кубового остатка через G_W .

Из уравнений материального баланса

G_F = G_D + G_W;

G_FX_F = G_DX_D+ G_WX_W,

где, G_F, G_D, G_W – массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка;

X_F, X_D, X_W – содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые или мольные доли.

кг/ч

= 6000 – 4468 = 1532 кг/ч

Для дальнейших расчетов выразим концентрацию питания, в мольных долях (в соответствии с 1 табл. 6.2)

где М₁ и М₂ - молекулярные массы соответственно воды и уксусной кислоты, кг/кмоль.

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

кмоль/кмоль смеси

Относительный мольный расход питания:

Кривая равновесия точек перегиба не имеет.

Определяем минимальное число флегмы по уравнению:

,

где, =0.64 – мольную долю бензола в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме Y^* - X.

 

Рабочее число флегмы:

R=1.3 · R_МИН+0.3=1.3 · 3+0.3=4,24

Уравнение рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

 

2.1.3 Определение скорости пара и диаметра колонны.

Средние концентрации жидкости:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:

а) в верхней части колонны

б) в нижней части колонны

Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x, y (рис. 7,6)

а) при

б) при

Рисунок 2.1- Определение температуры

 

Средние мольные массы и плотности пара:

Средняя плотность пара в колонне:

Температура вверху колонны при y_D=0.984 равняется 100,5⁰С, а в кубе-испарителе при x_W=0.033 она равна 117,5⁰С.

Плотности , определяют по формуле:

Плотности , определяют по формуле:

где , - плотности легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, [1 стр. 514, табл. IV]

Определяем скорость пара в колонне. По данным каталога-справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками h=500 мм. Для ситчатых тарелок по графику (1 рис. 7.2) находим С=0.05.

Скорость пара в колонне по уравнению:

Средняя скорость

м/с

 

Объёмный расход проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне t_{с р}=(102+109,4)/2=105,7⁰С

,

где M_D-мольная масса дистиллята, равная

M_D=0.984×18+(1-0,984)×60=18,65

Диаметр колонны:

По каталогу-справочнику «Колонные аппараты» берём D=1800 . Тогда скорость пара в колонне будет:

.

2.1.4 Определение числа тарелок и высоты колонны.

 

а) Наносим на диаграмму y - x рабочие линии верхней и нижней части колонны (рис. 2.2) и находим число ступеней изменения концентрации n_Т. В верхней части колонны , в нижней части , всего 5 ступеней.

Число тарелок рассчитываем по уравнению:

Рисунок 2.2 - Определение числа ступеней изменения концентрации.

 

1) Для верхней части колонны

Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре в верху колонне, равной 102⁰С.

При этой температуре давление насыщенного пара воды Р₁ = 520 , уксусной кислоты Р₂ = 300 , откуда α = 520/300=1.73.[1 с. 565, рис XIV].

Динамический коэффициент вязкости вода при 102⁰С равен 0.29 , уксусной кислоты 0.27 .

Па с;

Тогда

По графику находим (1 рис. 7.4) η = 0.58. Длина пути жидкости на тарелке (рис. 2)

.

По графику (1. рис. 7.5) находим значение поправки на длину пути Δ=0.105. Средний к.п.д. тарелок:

 

2) Для нижней части колонны

Для определения среднего к.п.д. тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов и динамический коэффициент вязкости исходной смеси при средней температуре внизу колонны, равной 109,4⁰С

При этой температуре давление насыщенного пара воды Р₁ = 580 , уксусной кислоты Р₂ = 333 , откуда α = 580/333=1.74[1 с. 565, рис XIV].

Динамический коэффициент вязкости воды при 109,4⁰С равен 0.25 , уксусной кислоты 0.27 .

Па с;

Тогда

По графику находим (1 рис. 7.4) η = 0.6. Длина пути жидкости на тарелке (рис. 2)

.

По графику (1. рис. 7.5) находим значение поправки на длину пути Δ=0.105. Средний к.п.д. тарелок:

Усредненный КПД равен

Для сравнения рассчитаем средний к.п.д. тарелки η₀ по критериальной формуле, полученной путем статической обработки многочисленных опытных данных для колпачковых и ситчатых тарелок:

В этой формуле безразмерные комплексы:

где – скорость пара в колонне, ;

– относительная площадь свободного сечения тарелки;

– высота сливной перегородки, ;

и – плотности пара в жидкости, ;

– коэффициент диффузии легколетучего компонента в исходной смеси, м²/с;

– поверхностное натяжение жидкости питания, .

Физико-химические константы отнесены к средней температуре в колонне. Предварительно рассчитаем коэффициент диффузии :

 

В нашем случае: =1; =0.35 =0.35×10^-3 ; =37,9 ;; =105,9+273=378.7 .

υ_Э = 14,8·2 + 3,7·4 + 7,4·2 = 59,2 см³/моль - мольные объем уксусной кислоты в жидком состоянии

Коэффициент диффузии:

.

Безразмерные комплексы:

 

 

Средний к.п.д. тарелки:

Число тарелок:

в верхней части колонны

в нижней части колонны

Общее число тарелок

Высота тарельчатой колонны:

.