Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

 

Легколетучим компонентом в данной курсовой работе является ацетон (обозначение А), t_кип = 56,4 °С, М = 58,08 г/моль, этиловый спирт – труднолетучий компонент (обозначение ЭТ), t_кип =78,5 °С, М = 46,07 г/моль.

 

Данные по равновесному состоянию системы ацетон – этиловый спирт, согласно [1]:

 

х	у	t
		78,3
0,05	0,155	75,4
0,1	0,262	73,0
0,15	0,348	71,0
0,2	0,417	69,0
0,25	0,478	67,3
0,3	0,524	65,9
0,35	0,566	64,7
0,4	0,605	63,6
0,5	0,674	61,8
0,6	0,739	60,4
0,7	0,802	59,1
0,8	0,865	58,0
0,9	0,93	57,0
1,00	1,00	56,1

 

Производительность колонны по кубовому остатку и дистилляту определим из уравнений материального баланса колонны:

Отсюда находим:

(1)

(2)

Мольные доли ацетона в дистилляте, исходной смеси и в кубовом остатке:

(3)

 

Расход кубового остатка и дистиллята:

 

Минимальное флегмовое число R_min:

(4)

где и – мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте; – концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью

, согласно [1]

 

Рабочее флегмовое число:

(5)

 

Относительный мольный расход питания:

(6)

 

Уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

(7)

 

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

(8)

 

Теоретическое число тарелок определяем построением рабочих линий на равновесной схеме «Ацетон – этиловый спирт»:

Число тарелок в верхней части колонны: Nв = 5

Число тарелок в нижней части колонны: Nн = 5

 

 

4.2 Расчёт средних физических величин для смеси

 

Средние мольные доли ацетона по колонне:

 

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колонны:

(9)

где х – мольная доля легколетучего компонента.

 

Мольные массы исходной смеси и дистиллята, (по формуле (9)):

где х_D и x_F – мольные доли в дистилляте и питании.

 

Средние массовые доли ацетона в нижней и в верхней части колонны:

(10)

 

Средние массовые расходы жидкой фазы:

(11)

(12)

 

Средние мольные доли паров ацетона по колонне (определяется по уравнениям рабочих линий):

 

Средние мольные массы паров в верхней и нижней части колонны:

(13)

 

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней части колонны:

(14)

где – расход дистиллята, кг/с; R – флегмовое число, – мольная масса дистиллята.

 

Средние температуры пара (определяем по диаграмме t – y):

при

при

 

Плотность пара по колонне:

(15)

 

Объёмный расход пара по колонне:

(16)

 

Средние температуры жидкой фазы по колонне (определяем по диаграмме t – x):

при

при

 

Плотность жидкой смеси в колонне, согласно [2, 3]:

(17)

где – средняя массовая доля легколетучего компонента по колонне, и – плотности компонентов при температуре в колонне.

 

 

Вязкость жидкой смеси, согласно [2, 3]:

(18)

где – средняя мольная доля легколетучего компонента по колонне, и – вязкости компонентов при температуре в колонне.

 

Поверхностное натяжение жидкой смеси, согласно [2, 3]:

(19)

где – средняя мольная доля легколетучего компонента по колонне, и – поверхностное натяжение компонентов при температуре в колонне

 

 

Коэффициент диффузии в паровой фазе:

(20)

где T – средняя температура в соответствующей части колонны, К; и – мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения .

Мольные объемы компонентов находим как сумму атомных объемов, согласно [3]:

 

Коэффициент диффузии для жидкости при 20 °С:

(21)

где A = 1,0; B = 2,0 – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя.

Вязкость смеси при температуре 20 °С:

,

 

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре:

(22)

 

Температурный коэффициент b определим по формуле:

(23)

где и принимают при температуре 20 °С

,