3 Технологический расчёт

Таблица 3.1 Равновесные составы жидкости (х) и пара (у) в мольных % и температуры кипения (t) в ^ºС двойных смесей при 760 мм рт. ст.

X	0	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Y	0	19	29	46	53,3	57,5	60,5	61	68	72,2	78,2	100
t	56,2	51,2	48,3	43,5	41,3	40,3	39,6	39,3	39,9	39,6	40,9	46,3

По данным о равновесных составах двойных смесей составим графики: t-x-y диаграмму и x-y диаграмму.

Из графиков находим:

t_f = 41,2С y_f = 51 мол. %

t_w = 49,8^° С y_w = мол. %

t_p = 39,9 С y_p =0.74 мол. %

R_min – минимальное флегмовое число, соответствует режиму работы колонны, когда весь получаемый конденсат идет на орошение колонны.

R_min= (3.1)

x_p = 80

x_f = 30

x_w = 5

R_min = = 1,38

По формуле 3.2 находим рабочее флегмовое число – R:

R = R_min * β (3.2)

R = 1,38*2,76=2,76

Точка (b), необходимая для построения графика, находится по формуле:

β = (3.3)

β = = 21,27

4 Материальный баланс

4.1 Условные обозначения:

F` - ввод исходной смеси, кг/с;

P – выход продукционного дистиллята, кг/с;

W – выход кубовой жидкости, кг/с;

Ф - выход флегмы, кг/с;

G – выход паров в верхней части колонны, кг/с;

D – расход греющего пара, кг/с;

a_f, a_p, a_w – массовые доли низкокипящего компонента в потоках;

x_f, x_p, x_w – мольные доли низкокипящего компонента в потоках;

y_f, y_p, y_w – мольные доли низкокипящего компонента в парах над жидкостью;

t_f, t_p, t_w – температуры кипения в потоках, ^оС;

R – рабочее флегмовое число;

R_min – минимальное флегмовое число.

t_p,y_p,G

F,t_f,x_f

Q₁

Q_1,D

2

4.2 Расчетная часть

Переведем массовый расход исходной флегмы в кг/с:

F` =

F` = = 2,86 кг/с

Переведем мольные доли низкокипящего компонента в жидкой фазе в массовые.

В исходной смеси:

a_f = (4.1)

a_f = = 0,347

В кубовой жидкости:

a_w = (4.2)

a_w = = 0,064

В дистилляте:

a_p = (4.3)

a_p = = 0,839

Продукционный выход дистиллята:

P = (4.4)

P = = 1, 04 кг/с

Выход продукционной кубовой жидкости (высококипящего вещества):

W = F – P (4.5)

W = 2, 86 – 1, 04 = 1, 82 кг/с

Массовый расход исходной флегмы:

Ф = P * R (4.6)

Ф = 1,04 *276= 2, 87 кг/с

Выход паров в верхней части колонны:

G = P + Ф (4.7)

G = 1, 04+ 2, 87 = 2, 98 кг/с

5. Тепловой баланс

5.1 Условные обозначения

Q – количество тепла отданное греющими парами; Вт

Q₁ – количество тепла пришедшее с исходной смесью; Вт

Q₂ – количество тепла поступившее с флегмой; Вт

Q₃ – количество тепла с паром с верхней части колонны; Вт

Q₄ – количество тепла ушедшее с кубовой жидкостью; Вт

C_p – удельная теплоемкость; Дж/кг*К

r – массовый расход греющего пара; кг/с

q – массовый расход охлаждающей воды; кг/с

t₁ – температура исходной воды; ^оС

t₂ – температура воды на выходе из дефлегматора; ^оС

D` - общий расход греющего пара на процесс ректификации; кг/с

I_p-энтальпия пара; Дж/кг

G-выход паров в верхней части колоны;

2. Расчетная часть

Тепловой расчет куба нагрева и колонны:

С_н.к.(сероуглерод) = 996,4 Дж/кг*К

С_в.к.(ацетон) = 2300 Дж/кг*К

Рассчитываем приход тепла:

C_f = С_н.к. * a_f + С_в.к.*(1 - a_f) (5.1)

C_f = 996,4 * 0,347 + 2300 * (1 – 0,347) = 1847,65 Дж/кг*К

Q₁ = F` * C_f * t_f (5.2)

Q₁ = 2,86 * 1847,65* 41,2 = 217712,295 Вт

Q₂ = Ф * C_ф * t_ф (5.3)

С_ф = С_н.к. * a_p + С_в.к.*(1 - a_p) (5.4)

С_ф = 996,6 * 0,839 + 2300 * (1 - 0,839) = 1206,27 Дж/кг*К

t_ф = t_p – 15 (5.5)

t_ф = 39,9 – 15 = 24,9 ^оС

По формуле 5.3 рассчитываем количество тепла, поступившее с флегмой:

Q₂ = 2,87* 1206,27* 24,9 = 86203,673 Вт

Рассчитываем расход тепла:

Q₃ = G * I_p (5.6)

а_н.к. = а_р

r_p = r_н.к. * a_p + r_в.к.(1 - а_р) (5.7)

r_p = 1167105,26*0,839 + 516000*(1 – 0,839) = 1062277,3 Дж/кг

I_p = r_p + C_p * t_p (5.8)

I_p = 1062277,3 + 1206,27 *39,9 = 1110107,47 Дж/кг

По формуле 5.6 рассчитываем количество тепла ушедшее с парами с верхней части колонны:

Q₃ = 2, 98 * 1110407, 47 = 3309014, 26 Вт

Q₄ = W * C_w * t_w (5.9)

C_w = C_н.к. * a_w + C_в.к. * (1 – a_w) (5.10)

C_w =996, 4* 0,064 + 2300 * (1 – 0,064) = 2216, 56 Дж/кг*К

По формуле 5.9 рассчитываем количество тепла, ушедшее с кубовой жидкостью:

Q₄ = 1,82* 2216,56 * 49,8 = 200900,13 Вт

Q_прих. = Q_расх.

D` = (5.11)

По формуле 5.11 находим расход пара на процесс ректификации:

D` = = 1, 46 кг/с