Задание

Рассчитать ректификационную колонну насадочного типа для разделения при атмосферном давлении 4000 кг/час смеси, содержащей ацетон и воду. Состав исходной смеси (масс. %) 32%, состав дистиллята 98,2%, состав кубового остатка 2,5%. Насадка: кольца керамические 25×25×3.

1. Построение кривой равновесия

Ацетон – молекулярная масса 58,08 кг/кмоль; Т_кип = 56,9ºС при атмосферном давлении.

Вода – молекулярная масса 18,01 кг/кмоль; Т_кип = 100ºС при атмосферном давлении.

Смесь будет кипеть при температуре, при которой сумма давлений насыщенных паров ацетона и воды составит 760 мм. рт. ст.

Сведения о равновесных составах жидкости и пара для бинарной системы ацетон – вода возьмем из пособия [5, табл.4.3].

Таблица 1. Данные для построения кривой равновесия

Температура, ºС
56,9	1	1
57,5	0,90	0,943
58,2	0,80	0,904
59,5	0,70	0,882
59,8	0,60	0,869
60,7	0,50	0,855
61,6	0,40	0,842
62,6	0,30	0,827
64,5	0,20	0,803
69,6	0,10	0,72
77,9	0,05	0,603
100	0	0

Соответствующие зависимости и представлены соответственно на рис. 2 и рис. 3.

2. Материальный баланс и рабочее число флегмы

Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку

и определяем из уравнения материального баланса

F = 4000 кг/ч = 1,11 кг/с

Отсюда находим

Пересчитаем состав фаз из массовых долей в мольные

Аналогично

Относительный мольный расход питания

Минимальное число флегмы

где - мольная доля ацетона в паре, определяется по диаграмме

Рабочее число флегмы

Задаемся произвольным значением R > R_min

По уравнению укрепляющей части колонны найдем , соответствующее

Для каждой рабочей линии найдем количество ступеней

Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2.

R	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0	6,0	7,0	10,0
YF	0,36	0,33	0,31	0,29	0,27	0,25	0,23	0,20
N	15	12	11	10,4	9	8,2	7,5	6,2
N(R+1)	52,5	48	49,5	52	54	57,4	60	68,2

Строим график зависимости N(R+1) = f(R), из которого видно, что минимальному N(R+1) соответствует R = 3,0 (рис. 5)

Уравнения рабочих линий

Верхняя (укрепляющая) часть колонны:

Нижняя (исчерпывающая) часть колонны:

Средние массовые нагрузки по жидкости по нижней и верхней частям колонны

где - мольные массы дистиллята и исходной смеси

- средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны

где - мольные массы ацетона и воды

- средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны

Тогда

Мольная масса исходной смеси

Подставив полученные величины находим

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны

здесь - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны

Тогда

Подставляя полученные значения в уравнения получим