Контрольное задание № 7

Выполнить технологический расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарных смесей с определением основных геометрических размеров колонного аппарата.

Исходные данные:

Производительность колонны по сырью, G_F 80т/сут = 3333,3кг/ч

Доля отгона, е 0

Разделяемые компоненты

Низкокипящий компонент (НКК) хлороформ

Высококипящий компонент (ВКК) бензол

Концентрация низкокипящего компонента, мольн. доли

В сырье, _{хнк.к F} 0,38

В дистиляте, _{хнк.к Р} 0,95

В кубовом остатке, _{х нк.к W} 0,015

1. Описание технологической схемы

Принципиальная схема ректификационной установки приведена на рис.1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси X_F.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка X_W, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колон колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава X_P, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выходит из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной установки

1- промежуточная ёмкость; 2- центробежный насос; 3- теплообменник; 4-кипятильник; 5-ректификационная колонна; 6-дефлегматор; 7-теплообменник; 8- промежуточная ёмкость; 9- центробежный насос; 10- теплообменник; 11- емкость.

2. Материальный баланс колонны

Молекулярная масса, М_нк.к ,кг/кмоль хлороформ 119,4

Молекулярная масса, М_вк.к ,кг/кмоль толуол 92,1

Массовые доли нкк

Массовый расход получаемых дистиллята G_Р и кубового остатка G_W находим из уравнения материального баланса колонны по низкокипящему компоненту.

кг/ч

кг/ч

Проверка: G_F = G_Р + G_W 4583,3 = 2267,5+2315,8

Массовый расход каждого компонента в дистилляте G_iР и кубовом продукте G_iW. Для составления материального баланса используем соотношение:

G_{нк.к F} = G_F ∙ _{нк.к F}; G_{нк.к Р} = G_Р ∙ _{нк.к Р}; G_{нк.к W} = G_W ∙ _{нк.к W}

G_{нк.к F} = 4583,3 ∙ 0,48 = 2200 кг/ч

G_{нк.к Р} = 2267,5 ∙ 0,96 = 2176,8 кг/ч

G_{нк.к W} = 2315,8 ∙ 0,01 = 23,2 кг/ч

G_{вк.к F} = G_F ∙ (1- _{нк.к F}) = 4583,3 ∙ (1- 0,38) = 2383,3 кг/ч

G_{вк.к Р} = G _Р ∙ (1- _{нк.к Р}) = 2267,5 ∙ (1- 0,95) = 90,7 кг/ч

G_{вк.к W} = G_W ∙ (1- _{нк.к W}) = 2315,8 ∙ (1- 0,015) = 2292,6 кг/ч

Проверка: G_{нк.к F} = G_{нк.к Р} + G_{нк.к W} 2200 = 2176,8 + 23,2

G_{вк.к F} = G_{вк.к Р} + G_{вк.к W} 2383,3 = 90,7 + 2292,6

Мольные расходы хлороформа и толуола в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяем по формулам:

N_нк.кF = G_нк.кF / М_нк.к; N_{нк.к Р} = G_{нк.к Р} / М_нк.к ; N_{нк.к W} = G_{нк.к W} / М_нк.к

N_{нк.к F} = 2200 / 119,4 = 18,4 кмоль/ч

N_{нк.к Р} = 2176,8 / 119,4 = 18,2 кмоль/ч

N_{нк.к W} = 23,2 /119,4 = 0,2 кмоль/ч

N_вк.кF = G_вк.кF / М_вк.к; N_{вк.к Р} = G_{вк.к Р} / М_вк.к ; N_{вк.к W} = G_{вк.к W} / М_вк.к

N_{вк.к F} = 2383,3 / 92,1 = 25,9 кмоль/ч

N_{вк.к Р} = 90,7 /92,1 = 1,0 кмоль/ч

N_{вк.к W} = 2292,6 /92,1 = 24,9 кмоль/ч

Проверка: N_iF = N_{i Р} + N_{i W} 18,4 = 18,2 + 0,2; 25,9 = 1,0 + 24,9