Расчет насадочной ректификационной колонны периодического действия для разделения бинарной смеси метиловый спирт – бензол
4 Материальный баланс
Количества получаемых при разделении из исходной смеси продуктов определяем из уравнения материального баланса.
Количество исходной смеси равно 2,514кг/с.
Переведем мольные доли в массовые
, (4.1)
где и - молярные массы низкокипящего и высококипящего
компонента соответственно, кг/моль;
и - мольные доли низкокипящего и высококипящего
компонента соответственно, % мольные.
Тогда
=62%
=15%
=2%
Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определяем из уравнений материального баланса колонны
(4.2)
где - количество исходной смеси, кг;
- количество дистиллята, кг;
- количество кубового остатка, кг.
Отсюда находим
кг/с,
кг/с.
Определим по графику t - x,y значение . В данном случае оно равно 58 (приложение А).
Минимальное флегмовое число найдем по уравнению
, (4.3)
В результате вычисления получаем
Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы в , определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентрации между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состава пара y - состав жидкости x (приложение Б) находим N - теоретическое число тарелок. Равновесные данные для системы приведены в [3]. Результаты расчетов представлены на графике (приложение Б) и приведены ниже:
Таблица 1 - Результаты расчетов рабочего флегмового числа
в |
1,05 |
1,2 |
1,4 |
1,7 |
2,3 |
|
R |
0,825 |
0,943 |
1,1 |
1,336 |
1,808 |
|
b |
0,438 |
0,412 |
0,381 |
0,342 |
0,285 |
|
N |
8 |
7 |
6 |
5 |
5 |
|
N(R+1) |
14,6 |
13,6 |
12,6 |
11,7 |
14,04 |
Минимальное произведение N(R+1) соответствуют флегмовому числу R=1,43 (приложение В). На графике изображены рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны в соответствии с найденным значением R.
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношения
, (4.4)
, (4.5)
где МP и MF - мольные массы дистиллята и исходной смеси, кг/моль;
М и М- средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.
Средние мольные массы в верхней и нижней частях колонны соответственно равны
, (4.6)
,
где Мм и Мб - мольные массы метанола и бензола соответственно [1] ,
кг/моль;
хср в и хср н - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней
частях колонны.
кмоль/кмоль смеси,
кмоль/кмоль смеси.
Тогда
кг/кмоль,
кг/кмоль.
Мольная масса исходной смеси и дистиллята
, (4.7)
,
Подставляем данные и получаем
кг/кмоль,
кг/кмоль.
Подставим рассчитанные величины в формулы (4.4), (4.5) и получим
кг/с,
кг/с.
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны
, (4.8)
.
Здесь и средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны
, (4.9)
,
где
кмоль/кмоль смеси,
кмоль/кмоль смеси.
Тогда
кг/кмоль,
кг/кмоль.
Подставив численные значения в формулу (4.8) получим
кг/с,
кг/с.
Расход флегмы
. (4.10)
кг/с.
Отсюда
Массовый выход паров из колонны
. (4.11)
кг/с.