2 Расчет ректификационной колонны

2.1 Выбор тепловой схемы установки

С оставляем принципиальную схему ректификационной установки (рис. 2.1) и наносим на нее значения заданных величин.

Рисунок 2.1– Тепловая схема ректификационной установки

Исходная смесь, подогретая до температуры кипения в теплообменных аппаратах 4, 6, 7 подается в среднюю часть колонны. Пары НКК поднимаются вверх и поступают в дефлегматор 3, где за счет подвода охлаждающей воды часть паров конденсируется. Флегма поступает на верхнюю тарелку колонны 2, а пар– в конденсатор– подогреватель исходной смеси 4, где часть паров конденсируется за счет передачи тепла исходной смеси. Оставшийся пар поступает в конденсатор 5, где происходит его конденсация за счет подвода охлаждающей воды. Сконденсировавшийся ректификат подается в охладитель 6, где охлаждается до заданной температуры за счет передачи тепла исходной смеси. Тепло на кипение в колонне подводится к теплообменнику куба колонны 1, который располагается внутри куба или выносится в виде самостоятельного теплообменника.

Применение данной схемы позволяет не использовать греющий пар для подогрева исходной смеси, а так же снизить расход охлаждающей воды.

Использование в дефлегматоре охлаждающей воды позволяет при необходимости изменять количество флегмы, возвращаемой в колонну, путем изменения расхода охлаждающей воды.

2.2 Материальный баланс процесса ректификации

Материальный баланс, основанный на законе сохранения массы вещества, составляется для определения количества материальных потоков по всему количеству вещества и низкокипящему компоненту. Затем определятся количество дистиллята и кубового остатка.

Уравнение материального баланса для всего количества смеси:

кг/с,

где G_f– количество исходной смеси, кг/с;

G_d– количество дистиллята, кг/с;

G_w– количество кубового остатка, кг/с.

Уравнение материального баланса для низкокипящего компонента:

,

где a_f, a_d, a_w– содержание низкокипящего компонента в массовых долях в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.

Т.к. количество разгоняемой смеси и концентрации заданы, определяем из этих уравнений количество дистиллята и кубового остатка:

кг/с;

кг/с.

2.3 Молярные концентрации низкокипящего компонента

Т. к. заданы массовые концентрации а_f, а_w, а_d, то для определения количества тарелок необходимо пересчитать их в молярные концентрации.

При этом используются молекулярные массы компонентов– этилового спирта (μ_с=46) и воды (μ_в=18).

Молярная доля спирта С₂Н₅ОН в начальной смеси:

%.

Молярная доля спирта С₂Н₅ОН в дистилляте:

%.

Молярная доля спирта С₂Н₅ОН в кубовом остатке:

%.

2.4 Построение фазовой диаграммы и диаграммы равновесия

Выбрав несколько значений температуры кипения смеси, лежащих между температурами кипения чистых компонентов А и В по таблице 3-1 [2], строим фазовую t-x-y- диаграмму (рисунок 2.2), в которой по оси абсцисс отложены молярные концентрации низкокипящего компонента в жидкости– х и в парах– у, а по оси ординат– температура t.

По тем же данным строим х-у- диаграмму (рисунок 2.3), в которой по оси абсцисс отложены молярные концентрации низкокипящего компонента в жидкости– х, а по оси ординат– в парах– у.

Р исунок 2.2– Фазовая диаграмма смеси «этиловый спирт– вода»

Рисунок 2.3– Диаграмма равновесия смеси «этиловый спирт– вода»