logo
Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт

1.1 Материальный баланс

  • Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту
  • ,
  • по легколетучему компоненту
  • ,
  • где хf, хD, хw - молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.
  • Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях.
  • ;
  • ;
  • ,
  • где хА - мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;
  • МА - молекулярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;
  • МВ - молекулярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.
  • Молекулярная масса метилового спирта - 32 кг/кмоль, этилового спирта - 46 кг/кмоль.

    • Массовый расход исходной смеси, кг/с, определим по формуле

    кг/с

    Массовый расход кубового остатка, кг/с, определим по формуле

    Gw = Gf - Gd = 8,13-1,32=7,81кг/с

    По имеющимся данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси t=f(x,y) (Рисунок 1) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (Рисунок - 1).

    Рисунок 1- Зависимость температур кипения и конденсации от состава фаз

    Затем рассчитаем минимальное флегмовое число

    Rmin=( xd - у*f )/( у*f - xf )=( 0.95 - 0.3)/(0.3-0.22) = 8,06

    где у*f - мольная доля НКК в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рис 2) у*f = 0,3

    Оптимальное флегмовое число определим из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению nT(R+1),где nT -число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

    Таблица 2- Данные для расчета оптимального флегмового числа

    в

    R= в Rmin

    В

    nт

    nт(R+1)

    1,1

    8,87

    0,09

    17

    167,7

    1,2

    9,67

    0,08

    15

    160,05

    2,0

    16,1

    0,05

    12

    205,2

    2,8

    22,57

    0,04

    11

    259,3

    3,6

    29,02

    0,03

    10

    300,2

    Строим график зависимости nт(R+1) от R. Находим min точку и опускаем из неё перпендикуляр на ось Х. Эта точка и будет являться оптимальным флегмовым числом. В нашем случае Rопт=9,67.

    Рисунок 2 - Определение оптимального флегмового числа.

    Уравнение рабочих линий

    А) Верхней (укрепляющей) части колонны

    Б) Нижней (исчерпывающей) части колонны

    1.2 Определение скорости пара и диаметра колонны

    Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости:

    а) верхней (укрепляющей) части колонны:

    ;

    .

    б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

    ;

    .

    Средние температуры пара определяем по t - x,y (Рисунок 1):

    а) при ;

    б) при .

    Средняя плотность жидкости в колонне:

    где: сА,сВ - плотности низкокипящего и высококипящего компонентов при средней температуре в колонне, соответственно, кг/м3

    а) верхней (укрепляющей) части колонны:

    б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

    Для колоны в целом:

    Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в паре:

    yF - концентрация низкокипящего компонента в паре на питающей тарелке. Определяется в точке пересечения линий рабочих концентраций, построенных при оптимальном флегмовом числе R=9,67.

    yF=0,29

    а) верхней (укрепляющей) части колонны:

    .

    б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

    .

    Средние температуры пара определяем по t - x,y (рис.4):

    а) при ;

    б) при.

    Средние мольные массы и плотности пара:

    а) в верхней части колонны

    ;

    б) в нижней части колонны

    .

    Средняя плотность пара в колонне:

    ;

    а) в верхней части колонны

    ;

    б) в нижней части колонны

    ;

    .

    Средняя плотность пара в колонне:

    ;

    .

    Определяем скорость пара в колонне. Принимаем расстояние между тарелками h = 450 мм. По графику (рис.4,8 стр.69 [2]) находим С = 630.

    ;

    .

    где MD - мольная масса дистиллята.

    .

    ,

    Тогда диаметр колонны:

    .

    По каталогу - справочнику «Колонне аппараты» принимаем D = 2600 мм. Тогда скорость пара в колонне будет:

    ;