8.3. Четырехкомпонентные смеси

Представим блок-схему расчета балансовых соотношений на примере комплекса разделения четырехкомпонентной смеси ацетон-хлороформ-бензол-толуол (рис. 8.9). Будем отталкиваться от состава брутто-питания. Для многокомпонентных смесей это единственный путь, определяемый возможностями компьютерной программы. Допускаем получение в качестве продуктов чистые компоненты.

Рис. 8.9. Простейший четырехколонный комплекс

для разделения смеси ацетон-хлороформ-бензол-толуол

Алгоритм анализа балансовых соотношений в четырехкомпонентной системе:

1) Заданы количество брутто-смеси F*=1.0 моль/час, ее состав и состав рециклового потока , равный составу бинарного азеотропа Ац-Х.

2) Проводим итерационный расчет ректификации в первой колонне с целью определения состава потока R₁₂, принадлежащего сепаратрисе S_n-2 .

3) Количество дистиллятного продукта первой колонны соответствует количеству ацетона в исходной смеси F₀, что вытекает из уравнения материального баланса по компоненту для комплекса в целом:

Так как концентрация целевого вещества в продуктовом потоке равна 1, в других продуктовых потоках – нулю, то .

Из уравнения общего материального баланса первой колонны и баланса по ацетону

получаем:

и

Таким образом, на этом этапе нам известно количество ацетона в исходной смеси F₀, количество и состав потока R₁₂.

4) Из общего материального баланса определяющего контура, охватывающего вторую, третью и четвертую колонны,

, где ,

и баланса по компоненту, отсутствующему в потоке О (ацетон),

находим количество потока

и суммарное количество хлороформа, бензола и толуола в исходной смеси F₀: .

Из баланса по хлороформу и бензолу (компонент, отсутствующий в потоке R₄₁ - азеотропе)

рассчитаем концентрацию бензола и хлороформа в точке О:

,

,

.

Таким образом, соотношение количеств хлороформа, бензола, толуола в точке О и, соответственно, в исходной смеси F₀ известно.

5) Из баланса смешения потоков на входе в первую колонну или из общего материального баланса комплекса находим количество исходной смеси . С учетом п. 4 состав исходной смеси определен.

Переходя к другому составу брутто-питания в сечении х_Т=const и от сечения к сечению, формируем определенным образом совокупность составов исходных смесей, необходимую для выявления общих тенденций изменения кратности рецикла и энергозатрат в гомологических рядах схем.

Литература

1. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. -М.: ВЫСШАЯ ШКОЛА, 2003. -242 с.

2. Фролкова А.К., Раева В.М., Серафимов Л.А. Основные законы фазового равновесия бинарных систем. -М.: МИТХТ, 2001. -38 с.

3. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. -Л.:ХИМИЯ, 1975. -240 с.

Издание учебное

Серафимов Леонид Антонович,

Фролкова Алла Константиновна

ТЕРМОДИНАМИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК ОСНОВА СХЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов

Подписано в печать....................... Формат 60х84/16. Бумага писчая

Отпечатано на ризографе. Уч.изд. листов........ Тираж 500 экз. Заказ №......

Лицензия на издательскую деятельность ИД № 03507 от 15.12.2000

Московская государственная академия тонкой химической технологии

им. М.В. Ломоносова

Издательско-полиграфический центр

119571 Москва, пр. Вернадского, 86.