Технологический расчет

Задание:

Рассчитать ректификационную установку для разделения бинарной смеси уксусная кислота- вода.

Производительность

Массовые концентрации НК:

Колонна с ситчатыми тарелками.

Произвести расчет дефлегматора.

Материальный баланс колонны и определение рабочего флегмового числа

Материальный баланс, основанный на законе сохранения массы вещества, составляется для определения количества и состава веществ, участвующих в процессах ректификации.

Производительность колонны по исходному раствору Р и кубовому остатку W определяется из уравнений материального баланса колонны, обогреваемой паром:

Для построения равновесной кривой уксусная кислота–вода возьмем данные из справочника [6](таблица XLVII). В таблице 1 приведены изменения концентрации НК в паровой y и жидкой фазах x (в мольных долях) при различных температурах кипения смеси уксусная кислота – вода.

Таблица 1

По данным таблици 1 строим зависимость y^* =f(x). Через начало координат и точку А с координатами (100;100) проведем вспомогательную линию – диагональ. Линия равновесия лежит выше диагонали – пары обогащены НК. Чем ближе линия равновесия к диагонали, тем меньше разница составов пара и жидкости и тем труднее разделять смесь при ректификации. Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению:

где М_ВК и М_НК – молекулярные массы соответственно уксусной кислоты и воды, кг/кмоль.

М_НК =18 кг/кмоль

М_ВК = 24+4+32=60 кг/кмоль

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R; его оптимальное значение R _опт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки R _опт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) β, равного отношению R / R _min,где R _min – минимальное флегмовое число:

где x_F и x_P – мольные доли низкокипящего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; y_F^* - концентрация низкокипящего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси. Обычно коэффициент избытка флегмы, при котором достигается оптимальное флегмовое число находится в пределах от 1,2 до 2,5. Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N(R+1), полагая, что это произведение пропорционально объёму ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентрации, или теоретических тарелок, определяющих высоту колонны; R+1- расход паров и, следовательно, сечение колонны). Тогда минимальное флегмовое число равно:

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы β, определим соответствующие флегмовые числа и найдем отрезок b на оси у, отсекаемый рабочей линией укрепляющей части колонны по формуле:

Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме у – х находим N. Все вычисления и измерения заносим в таблицу 2

Таблица 2

Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R=3,58. При этом коэффициент избытка флегмы равен:

Определяем паровые потоки в паровой и жидкой фазах:

G= P(R + 1)= 0,48(3,58 + 1)= 2,2 кг/с

Ф= РR= 0,48·3,58= 1,72 кг/с