Описание технологической схемы
Исходная смесь подаётся в теплообменник центробежным насосом из ёмкости, где она подогревается до температуры кипения. Затем нагретая смесь поступает на разделение в середину ректификационной колонны на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают, в соответствии с заданным флегмовым числом, жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике и направляется в промежуточную ёмкость.
Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащённый труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике и направляется в ёмкость.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащённый труднолетучим компонентом).
1. Материальный баланс колонны.
Производительность колонны по исходной смеси F и дистилляту D определим из уравнений материального баланса колонны:
Отсюда находим:
Пересчитаем составы фаз из мольных долей в массовые по соотношению:
;
где МСП – молярная масса изопропилового спирта (60.09 кг/кмоль), МТ – молярная масса толуола (92.13 кг/кмоль).
.
Аналогично находим массовые доли исходной смеси и дистиллята:
;
.
Найдем мольные расходы дистиллята, исходной смеси и кубового остатка:
где
,
,
- мольные массы дистиллята, исходной
смеси и кубового остатка соответственно,
рассчитываются по формуле:
.
2. Расчет рабочего флегмового числа. Расчёт расходов жидкости и пара в верхней и нижней частях колонны.
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Минимальное флегмовое число Rmin определяем по формуле:
,
где
и
-
мольные доли легколетучего компонента
соответственно в исходной смеси и
дистилляте;
- мольная доля изопропилового спирта в
паре, равновесном с жидкостью питания
(определяем по диаграмме y*
- x).
Рабочее (действительное) число флегмы:
,
где φ – коэффициент избытка флегмы (здесь φ > 1).
При расчетах ректификационных колонн рабочее число флегмы часто определяют по формуле:
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны
;
;
б) нижней (исчерпывающей) части колоны
,
где F – относительный мольный расход питания, определяется по формуле:
.
Число тарелок определяем построением рабочих линий (см. Приложение)
Число тарелок в верхней части колонны: nв=5; число тарелок в нижней части колонны: nн=4.
Средние мольные расходы жидкости для верхней и нижней частей колонны определим из соотношений:
где
и
- средние мольные массы жидкости в
верхней и нижней частях колонны.
Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
где
и
- средний мольный состав жидкости
соответственно в верхней и нижней частях
колонны:
Подставив рассчитанные величины в формулы и получим:
Средние мольный
и массовые потоки пара верхней
и нижней
частях колонны соответственно равны:
где
и
- средние мольные массы пара в верхней
и нижней частях колонны.
Средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
где
и
- средний мольный состав жидкости
соответственно в верхней и нижней частях
колонны, находятся по уравнениям
соответствующих рабочих линий:
;
.
Тогда
