2. Схема установки. Подбор материалов.
1 – емкость для исходной смеси
2,3 – насосы
4 – холодильник кубовой жидкости
5 – кипятильник
6 – ректификационная колонна
7 – дефлегматор
8 – холодильник дистиллята
9 – емкость для сбора дистиллята
10 – емкость для кубовой жидкости
Конструкционный материал выбираем исходя из соображений коррозионной стойкости материала. Скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм в год.
Мы имеем дело с органическими жидкостями и их парами. В этом случае используются хромированные стали.
Выбираем сталь Х18Н10Т.
Состав стали:
С – не более 0,12%; Si – не более 0,8%; Мn – 1-2 %;
Cr – 17-19%; Ni – 9-11%; Ti – 0,6%
Примеси: S – не более 0,02 %; P – не более 0,035%
Коэффициент
теплопроводности для этой стали равен
16,4 Вт/(м
К)
Прокладочный материал фторопласт – 4.
3. Расчет ректификационной колонны
3.1. Материальный баланс процесса
Введем обозначения:
компонент A - четыреххлористый углерод (ЧХУ) CCl4 , легколетучий (низкокипящий) компонент;
компонент B – толуол C6H6CH3.
кг/с
Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:
3.1.1. Нахождение оптимального флегмового числа графическим способом
Вычислим
минимальное флегмовое число
:
,
где 
и
-
мольные доли легколетучего компонента
соответственно в исходной смеси и
дистилляте, кмоль/кмоль смеси;
-
концентрация легколетучей компонента
в паре, находящемся в равновесии с
исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.
Пересчитаем составы фаз из массовых долей в мольные по соотношению:
,
где
и
-
молекулярные массы компонентов смеси,
кг/кмоль
=154 кг/кмоль
=92 кг/кмоль
Получим:
кмоль/кмоль
смеси
кмоль/кмоль смеси
кмоль/кмоль смеси
По
графику находим
кмоль/кмоль смеси
Рабочее флегмовое число:
Построим рабочую линию (для верхней части колонны):
Зададимся различными значениями коэффициента избытка флегмы β:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Зададимся
различными значениями коэффициентов
избытка флегмы
,
определим соответствующие флегмовые
числа:
|
1,05 |
1,35 |
1,75 |
2,35 |
3,30 |
6,25 |
R |
2,767 |
3,557 |
4,611 |
6,192 |
8,696 |
16,469 |
N |
31 |
20 |
17 |
14 |
13 |
11 |
|
116,777 |
91,140 |
95,387 |
100,688 |
126,048 |
192,159 |
Число ступеней изменения концентраций N определили графически
Определяем рабочее флегмовое число:
Из графика видно,
что минимальное произведение
соответствует флегмовому числу R
= 4. При этом коэффициент избытка флегмы
Нанесем рабочие линии и ступени изменения концентрации для колонны в соответствии с найденным значением R.
N = 18
3.1.2. Расчет средних массовых расходов
Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяем из соотношений:
и
где
и
-
мольные массы дистиллята и исходной
смеси;
и
-
средние мольные массы жидкости в верхней
и нижней частях колонны.
Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – бензола. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны равны:
и
где
и
-
мольные массы ЧХУ и толуола;
и
-
средний мольный состав жидкости в
верхней и нижней частях колонны:
кмоль/кмоль смеси
кмоль/кмоль смеси
кг/кмоль
кг/кмоль
Мольная масса исходной смеси
кг/кмоль
кг/с
кг/с
Средние
массовые потоки пара в верхней
и
нижней
частях
колонны равны:
и
где
и
-
средние мольные массы паров в верхней
и нижней частях колонны
и
,
где
кмоль/кмоль смеси
кмоль/кмоль смеси
кг/кмоль
кг/кмоль
и средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны равны:
кг/с
кг/с