2. Технологический расчет
2.1. Расчет ректификационной колонны
1. Материальный баланс
По заданию мы разделяем смесь: вода - уксусная кислота. Исходя, из их температур кипения определяем, что легколетучим компонентом данной смеси является вода, а труднолетучим - уксусная кислота.
Зная производительность колонны по
исходной смеси
и
необходимые концентрации (массовые),
можно найти производительность колонны
по дистилляту (
)
и кубовому остатку (
)
на основании уравнения материального
баланса:
(1)
(2)
где
- массовые доли легколетучего компонента
в исходной смеси, дистилляте и кубовом
остатке.
Отсюда, решая систему двух уравнений с двумя неизвестными получим:
2.Определение флегмового числа и рабочих линий.
(3)
где
- минимальное флегмовое число, вычисляемое
по формуле
(4)
где
- молярные доли легколетучего компонента
в жидкости;
- концентрация легколетучего компонента
в паре, находящегося в равновесии с
жидкостью. Для перехода от массовых
долей к молярным, используем формулу:
(5)
где М1, М2 - молярные массы легколетучего и труднолетучего компонента (M1 = 78,11 кг/кмоль, M2 = 92,13 кг/кмоль):
По справочным данным из (1) с помощью
интерполяции, находим
при соответствующем значении
:
Найдем уравнения рабочих линий:
а) для верхней (укрепляющей) части колонны:
(6)
б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:
(7)
3.Определение массовых и объемных расходов пара и жидкости
Для определения расходов пара и воды требуется найти средние мольные, массовые составы, мольные, массовые и объемные расходы по жидкости и по пару, а также некоторые физические величины.
А) Для жидкой фазы в верхней и нижней, частях колонны:
- средние мольные составы, определяемые по формулам:
(8)
(9)
Температуру жидкостей составов
и
найдем, используя справочные данные
(1) , и интерполируя, получим:
при
при
- массовые составы определяют по уравнениям
(10)
(11)
-плотность жидкости определяем по формуле:
(12)
(13)
где 1 и 2 – плотности бензола и толуола, зависящие от температуры, кг/м3, и взятые из справочных данных (2):
кг/м3
кг/м3
кг/м3
кг/м3
Теперь найдем средние массовые расходы
жидкости
,
для верхней и нижней частей колонны по
соответствующим формулам:
(14)
(15)
(16)
(17)
Получаем:
Подставляя полученные величины в уравнения (14) и (15) получим:
Определяем объемные расходы жидкости:
(18)
В) Для паровой фазы в верхней и нижней, частях колонны:
- средние мольные составы паров в верхней и нижней частях колонны, определяются по уравнениям рабочих линий (6) и (7).
- мольные массы находятся по формулам:
(19)
(20)
- плотность пара определяем по формуле:
(21)
(22)
где Т0 = 273 К;
- средние температуры паров в верхней
и нижней частях колонны, К. Их определяем
по справочным данным (1), используя
интерполяцию.
кг/м3
кг/м3.
кг/м3
кг/м3
Полученные значения подставляем в уравнение (21):
кг/м3
кг/м3
- Определяем объемные и массовые расходы пара:
(23)
(24)
(25)
(26)