Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (в данном задании - это колпачковые тарелки), аналогичными используемым в процессах абсорбции.

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси .

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка , т.е. обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом (флегмой) состава , которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием низкокипящего компонента и кубовый остаток, обогащенный высококипящим компонентом.

Основные физико-химические свойства перерабатываемых веществ:

1. Равновесные данные [3] (стр. 2)

	0	5,3	12,7	15,1	22,9	27,7	36,1	45,5	51,5
	0	10,1	16,7	20,1	29,5	32,2	43,5	52,5	59,6
	118,1	116	114,7	114,1	112,3	111,1	109,7	108,3	106,7
	57,2	64,2	72,7	79,8	89,2	94,3	95,5	100
	63,4	69,9	77	83,4	90,9	96,8	97,3	100
	106,1	105,1	103,8	102,7	101,5	101,1	101	100,8

2. Плотность жидких компонентов и исходной смеси в интервале температур от температуры окружающей среды до температуры кипения. Плотность паровой фазы (используя уравнения состояния идеального газа)

Плотность жидкой муравьиной кислоты:

50	1183,3		110	1108,8
60	1171,1		120	1095,9
70	1158,8
80	1146,5
90	1134
100	1121,5

Плотность жидкой уксусной кислоты:

50	1017,5		110	948,3
60	1006		120	936,2
70	994,8
80	983,5
90	971,8
100	948,3

Плотность паровой фазы рассчитывается с использованием уравнение состояния идеального газа: [1] (стр. 128)

где - молярная масса смеси (мольные доли гексана и хлорбензола, молярные массы); температура, при которой рассчитывается плотность.

Плотность смеси рассчитывается по формуле:

Таким образом, получили следующие данные:

69,8	918,24
82,4	928,22
100,9	938,62
111,99	1075,63
117,75	1119,62

2. Вязкость и теплопроводность в жидкой и паровой фазе только для чистых компонентов

Вязкость муравьиной кислоты (жидкой) при :

	50	60	70	80	90	100	110	120
	1,025	0,89	0,78	0,68	0,608	0,549	0,503	0,466

Вязкость уксусной кислоты (жидкой):

50	0,79		90	0,5
60	0,7		100	0,46
70	0,62		110	0,42
80	0,56		120	0,388

Для перевода:

Вязкость уксусной кислоты (газообразный):

50	82,1		90	96,2
60	85,6		100	99,7
70	89,2		110	103,3
80	92,7		120	106,2

Теплопроводность жидкой уксусной кислоты:

	50	60	70	80	90	100	110	120
	160	159	158	156	155	154	153	151

Теплопроводность жидкой муравьиной кислоты:

	50	60	70	80	90	100	110	120
	262	261	260	259	258	257	255	253

2. Поверхностное натяжение для чистых компонентов (для смеси рассчитать)

Муравьиная кислота:

50	34,4		110	27,91
60	33,33		120	26,8
70	32,26
80	31,18
90	30,1
100	29,01

Уксусная кислота:

50	24,8		110	18,83
60	23,8		120	17,85
70	22,8
80	21,8
90	20,8
100	19,81

Расчет поверхностного натяжения для смеси: [7]

где - число Авогадро

Где индексы 1 и 2 соответствуют веществам: гексан и толуол соответственно.

,

где мольные доли гексана и хлорбензола соответственно; поверхностное натяжение жидкого чистого гексана и толуола,

Расчет поверхностного натяжения на тарелке питания:

Где индексы 1 и 2 соответствуют веществам: гексан и толуол соответственно.

Поверхностное натяжение на верхней и нижней тарелке считаются аналогично:

100,9	17,9
111,99	20,646
117,75	28,91

2. Коэффициенты диффузии для жидкой и паровой фаз (базовые экспериментальные точки)

Коэффициент диффузии в паре при температуре дистиллата:

D_AB=1,013·10^-8·T^1.75·[(M_A+M_B)/M_A·M_B] ^1/2 /(P·[(∑v_A)^1/3+(∑v_B)^1/3]

HCOOH Для муравьиной кислоты 1·С=1·16,5 М_A=46

2·Н=1,98·6

2·О=5,48·2

∑v_A=31,42

CH₃-COOH Для уксусной кислоты 2·С=2·16,5 M_B=60

4·Н=1,98·4

2·О=5,48·2

∑v_B=51,88

Т=329,36 К

давление выражено в МПа.; Р=760 мм. рт. ст.=0,1013 МПа.

D_AB=1,013·10^-8·329,36^1,75·[(46+60)/46·60]^1/2/[1·(31,42^/3+51,88^1/3)²]

D_AB=0,1315 см²/с

Коэффициент диффузии в жидкости

Расчет коэффициента диффузии в паре производится по формуле:

D_AB=7,4·10^-8(Ф·M_В)·T/µ_B·(V_A)

Где индекс В относится к растворителю, а индекс А – относится к растворённому веществу.

Ф – параметр ассоциации. В нашем случае Ф = 1 (неассоциированный раствор).

V_A - Мольный объём

Вверху колонны температура приближается к температуре дистиллята, и менее летучий компонент растворен в более летучем.

T = T_Р = 374,05 К

µ_B = 0,46 сПз

M_В = 60кг/кмоль

V_A = М_А/ρ_А = 41,0165 (м³/кмоль)

D = 5,816 • 10^-5 см²/с

6