3Расчет однократного испарения

Рисунок 6 – Схема процесса однократного испарения (ОИ)

Материальный баланс процесса ОИ представим следующим образом

для всей системы

F = G_F + g_F, (13)

для низкокипящего компонента

F · x'_F = G_F · y^*_F + g_F · x^*_F, (14)

где G_F и g_F – массовые расходы соответственно образовавшихся паров и жидкого остатка в кг/ч;

x^*_F и y^*_F – мольные доли бензола в равновесных жидкой и паровой фазах, полученных в результате однократного испарения сырья на входе в колонну.

Совместное решение приведенных уравнений даст нам выражение:

x'_F = e' · y^*_F + (1 – e') · x^*_F, (15)

где e' = G'_F / F' – мольная доля отгона.

Процесс однократного испарения проанализируем при помощи кривой равновесия фаз, изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграммы. Значения x^*_{F ,} y^*_F определяем по графику, а также с помощью данной формулы методом подбора:

e' = (x'_F – x^*_F) / (y^*_F – x^*_F)

т.А-доля НКК в паровой и жидкой фазе после ОИ

y^*_F =0 x^*_F= x'_F /(1-e)=1,46

По кривой равновесия фаз и изобарным температурным кривым мы рассчитали составы равновесных фаз сырья x^*_F=0,485 и y^*_F =0,69 а также температуру сырья на входе в колонну t_F =109,8°С.

Покажем результаты расчета на комбинированной диаграмме. Согласно правилу рычага массовые расходы F, G_F и g_F лежат на одной прямой:

g_F F G_F

• • •

X*f X'f y*f

e' = (x'_F – x^*_F) / (y^*_F – x^*_F) (16)

e'=(0,61-0,485)/(0,69-0,485)=0.6098

∆=(0,6098-0,61)/0,6098=0,039%

3. Материальный баланс для ректификационной колонны

W, х_w

Рисунок 7 – Схема полной ректификационной колонны

Материальный баланс для ректификационной колонны можно выразить следующим образом:

для всей системы

F = D + W, (9)

для низкокипящего компонента (бензола)

F' · x'_F = D' · y'_D + W' · x'_W, (10)

где F и F' – производительность колонны соответственно в кг/ч и кмоль/ч,

D и D' – массовые расходы дистиллята соответственно в кг/ч и кмоль/ч,

W и W' – массовые расходы остатка в кг/ч и кмоль/ч.

Для перевода единицы измерения кг/ч в кмоль/ч рассчитаем средние молярные массы сырья M_F, дистиллята M_D и остатка M_W по правилу аддитивности:

M_F = M_Б · x'_F + M_Т · (1 - x'_F) = 78 · 0,61 + 92·(1 – 0,61) = 83.46 кг/кмоль;

M_D = M_Б · y'_D + M_Т · (1 - y'_D) =78 · 0,971+ 92· (1 –0,971) = 78,406 кг/кмоль;

M_W = M_Б · x'_W + M_Т · (1 - x'_W) = 78 · 0,026 + 92 · (1 – 0,026) = = 91,636 кг/кмоль.

Рассчитаем производительность ректификационной колонны в кмоль/ч:

F' = F / M_F = 23000 / 83,46 = 275.58кмоль/ч.

Отсюда можно найти массовые расходы бензола F'_Б, F_Б и толуола F'_Т, F_Т в сырье:

F'_Б = F' · x'_F =275,58 · 0,61 = 168,1 кмоль/ч;

F_Б = F'_Б · M_Б =168,1 · 78 = 13112,15кг/ч;

F'_Т = F' · (1 - x'_F) = 275,58 · (1 - 0,61) = 107.48 кмоль/ч;

F_Т = F'_Т · M_Т = 107,48· 92 = 9887.8 кг/ч.

Для нахождения массовых расходов дистиллята D и остатка W воспользуемся правилом рычага, т.е. отношение массовых расходов двух любых продуктов прямо пропорционально отношению их неприлегающих отрезков:

W' F' D'

• • •