1. Расчет колонны

1. Материальный баланс

Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту

по легколетучему компоненту

где х_f, х_D, х_w – молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.

Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях.

где х_А – мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;

М_А – молекулярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;

М_В – молекулярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.

Молекулярная масса ацетона – 58 кг/кмоль, этилового спирта – 46 кг/кмоль.

Составляем материальный баланс:

- по потокам;

- по низкокипящему компоненту;

Из этой системы уравнений находим: G_{W и} G_F, кг/с (по заданию);

кг/с;

кг/с;

G_W=6,724 кг/с; G_F=9,335 кг/с;

По имеющимся данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси t=f(x,y) (рис.3) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (рис.4)

2. Расчет диаметра колонны

Расчет флегмового числа.

Минимальное флегмовое число можно рассчитать по формуле:

; (1.1)

где – мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рис.3).

Для нашего случая мольн. Отсюда

;

Определяем величину отрезка В:

; (1.2)

Рабочее число флегмы найдем по уравнению:

; (1.3)

Относительный мольный расход питания:

; (1.4)

Составим уравнения рабочих линий:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

y ; (1.5)

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

y ; (1.6)

Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в жидкости:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

(1.7)

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

(1.8)

Рассчитываем средние концентрации низкокипящего компонента в паре:

а) верхней (укрепляющей) части колонны:

;

б) нижней (исчерпывающей) части колонны:

;

Средние температуры пара определяем по t - x,y (рис.4):

а) при

б) при

Средние мольные массы и плотности пара:

а) (1.9)

б)

Средняя плотность пара в колонне:

(1.10)

Средняя плотность пара в колонне:

(1.11)

Средняя плотность жидкости в колонне:

(1.12)

Средняя плотность жидкости в колонне:

Определяем скорость пара в колонне. Принимаем расстояние между тарелками

h = 450 мм. По графику (рис.7.2 стр.323 [1]) находим С = 0,05.

(1.13)

Объемный расход проходящего через колонну пара:

(1.14)

где M_D – мольная масса дистиллята.

; (1.15)

Тогда диаметр колонны:

(1.16)

По каталогу – справочнику «Колонне аппараты» принимаем D = 2600 мм. Тогда скорость пара в колонне будет:

(1.17)