4.2 Расчет процесса ректификации

На диаграмме (рис.4.2) по данным таблицы 4.2 построена зависимость температуры кипения раствора N-метилформамида в воде от состава раствора (нижняя кривая) и пара (верхняя кривая). Состав выражен в мольных долях N-метилформамида.

Таблица 4.2 - N-метилформамид - Вода; C2H5NO - H2O (P = 500 Торр)

Концентрация раствора, который поступает на ректификацию, равна xн = 0,1 = 10 % мольн. По первому закону Коновалова на монотонных участках равновесной кривой концентрации жидкой и паровой фаз различаются. Начальный раствор закипает при температуре 910С (точка D), при этом образуется пар (точка Е) с концентрацией yн = 0,5 %.

Экстремальных (азеотропных) точек нет.

Рассмотрим теоретический процесс разделения. Исходный раствор при кипении дает пар состава yн (точка Е), обедненный N-метилформамидом. При этом раствор обогащается C2H5NO и температура его кипения повышается по кривой DLC и последняя его порция будет иметь концентрацию в точке С - xc. На диаграмме в точке E после испарения раствора, с концентрацией xн (точка D и E) дает практически чистую воду с содержанием C2H5NO xД = 0,5 %. Пар состава yн (точка F) может быть повторно испарен и сконденсирован; в точке e концентрация после конденсации паров составит xк = 97,5 %.

Таким образом, равновесный процесс разделения раствора с xн = 10 % содержит три теоретических ступеней разделения (ЧТТ = 3) при получении дистиллята с концентрацией xД = 0,5 % и кубового остатка - xк = 97,5 %.

На разделение поступает Gн = 100 кг раствора. Так как все концентрации выражены в мольных долях, массу раствора выразим в молях, для этого рассчитываем среднюю молекулярную массу исходного раствора

Схема материальных потоков приведена на рис. 4.3.

Рис. 4.3 Схема материального баланса процесса ректификации

(все концентрации выражены в мольных долях C2H5NO)

Тогда общий баланс

(4.1)

баланс по N-метилформамиду

Решая систему уравнений (4.1) и (4.2), получаем

Если на первую тарелку поступает начальный раствор в количестве Gm =100 кг = 100/22,1 = 4,5249 кмоль при температуре 103 0С (точка М), то он будет выкипать до концентрации xm = 51,5 % и образуется пар с концентрацией ym = 3,5 % (точки l и m). Схема материального баланса изображена на рис.4.4.

Рис. 4.4 Схема материального баланса на первой тарелке

Из схемы материального баланса на первой тарелке следует:

(4.3)

Решая систему уравнений (4.3) и (4.4), получаем

Таким образом, в результате разделения получили:

· концентрированный раствор N-метилформамида xк = 97,5 % , который если не может быть использован в производстве, должен быть направлен на дальнейшее разделение специальными методами ректификации или экстракции;

· очень разбавленный раствор с концентрацией xД = 0,5 % или

0,005 моль C2H5NO 0,995 моль H2O

0,005*59 г C2H5NO 0,995*18=17,91 г H2O

что превышает ПДК в воде (10 мг/л) и, следовательно, должен быть разбавлен другими сточными водами в 10 раз и направлен на биологическую очистку.