Равновесные данные и определение оптимального флегмового числа

Температура кипения ацетона-56,25С°

Температура кипения изопропанола-82,25С°

Равновесные данные при давлении 760 мм. рт. ст.

Х	У	t,C°
0	0	82.3
0.020	0.075	80.35
0.032	0.120	79.65
0.06	0.19	78.25
0.068	0.207	77.8
0.082	0.237	77.1
0.1	0.28	76
0.112	0.303	75.5
0.117	0.308	75.5
0.132	0.347	74.65
0.175	0.413	72.85
0.21	0.483	71.2
0.235	0.505	70.6
0.237	0.508	70.4
0.302	0.57	68.6
0.34	0.603	67.5
0.367	0.632	66.7
0.394	0.655	65.9
0.453	0.685	64.9
0.51	0.740	63.4
0.565	0.770	62.3
0.64	0.80	61
0.72	0.853	59.7
0.775	0.885	59.0
0.89	0.93	57.4
0.9	0.945	57.2
1	1	56.1

Таблица№ 1Пересчет составов исходной смеси, дистиллята, и кубового остатка из массовых в мольные доли производиться по формуле:

х (мольн.) =(х_б.л. /М _б.л.)/(Σ(х_i/M_i)) (1)

М_б= 58 кг/кмоль М_м=60 кг/кмоль

х_F= 0.3072 моль. д.

x_w= 0.01034 моль. д.

x_p=0.99033 моль. д.

Определение ориентировочного значения минимального флегмового числа R^`_minпроводится по формуле

R^`_min= (x_p-y*)\(y*-x*) (2) Гдеx* иy* – координаты точки пересечения линии питания и линии равновесия на у–х-диаграмме (при случае, когда исходная смесь подается в жидком виде, нагретой до температуры кипения уравнение линии питанияx=x_f).

В результате определения R^`_min, как это видно из Рис. 3, х*= 0,3072 , у*= 0,58.

Таким образом, R^`_min = 1,5.

Для более точного определения минимального флегмового числа R_min использовалась компьютерная программа «РАБИРЕК–1». Эта программа определяет минимальное флегмовое число на основе допущения о постоянстве мольных расходов пара и жидкости в каждой части ректификационной колонны.

Данная программа работает в диалоговом режиме, т. е. после введения массива равновесных данных (Табл. 1) и составов исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях требуется ввести ориентировочное минимальное флегмовое число R^`_min, которое было определено выше. После введения всех этих данных ЭВМ выдает на печать результат расчета. В данном случае минимальное флегмовое число было определено как 1,5565.

Так как для дальнейшего расчета ректификации используется флегмовое число на 25% выше минимального, то необходимо определить рабочее флегмовое число

R_раб= 1,5565 * 1,25 = 1,94

Рис №3

х

зические свойства компонентов разделяемой смеси

1. Температуры кипения

t^кип_м= 82,25^оС

t^кип_б= 56,25^оС

Таким образом, более летучим компонентом смеси является метанол.

Расчет температуры кипения смеси производится по формуле:

t^кип_смеси = ∑t^кип_{i *} x_i (3)

Где x_i– массовая доляблкв смеси

Полученные по формуле (3) температуры кипения:

t^кип_f=t_f= 68,45^оС;

t^кип_p=t_p= 56,21^оС;

t^кип_w=t_w= 81,29^оС;

2. Плотности смесей при температурах кипения

Расчет плотности смеси производится по формуле:

1/ρ_смеси = Σ х_i/ρ_i (4)

Плотности, а в дальнейшем и все остальные физические величины индивидуальных веществ при заданных температурах определяются линейной интерполяцией между плотностями при наиболее близких к заданной температурами.

Полученные по формуле (4) значения плотности:

_f= 741,66895 кг/м³;

_p= 749,13кг/м³;

_w= 733,834 кг/м³;

3. Теплота парообразования для дистиллята и кубового остатка

Расчет теплоты парообразования смеси производится по формуле:

r_смеси = ∑r_{i *} x_i (5)

Полученные по формуле (5) значения теплоты парообразования:

r_р= 503,378 кДж/кг;

r_w= 663,5692кДж/кг;

4. Поверхностное натяжение

Расчет поверхностного натяжения смеси производится по формуле:

_смеси = ∑_{i *} х_i (6)

Полученные по формуле (5) значения поверхностного натяжения:

_f= 19,081дн/см (мДж/м²);

_p= 19,17дн/см (мДж/м²);

_w= 18,65дн/см (мДж/м²);

5. Энтальпия

Энтальпия смеси при температуре tнаходится по формуле

Н_t = ∑х_{i *} c_{i,t *} (t-t₀) (7)

t₀ = 0°С

Полученные по формуле (7) значения энтальпии:

Н_f= 174,97 кДж/(кг*К);

Н_p= 123,84кДж/(кг*К);

Н_w= 227.085кДж/(кг*К);

6. Вязкость жидкостей

Расчет вязкости смеси жидкостей производится по формуле:

lnµ_смеси = ∑ lnµ_{i *} х_i (8)

Полученные по формуле (8) значения вязкости:

µ^ж_f= 0,4732 сПз (мПа*с);

µ^ж_p= 0,239 сПз (мПа*с);

µ^ж_w= 0,5105 сПз (мПа*с);

7. Вязкость паров

Расчет вязкости смеси паров производится по формуле:

µ_см = х_{1 *} µ₁/(х₁+х_{2 *} Ф₁₂)+х_{2 *} µ₂/(х₂+х_{2 *} Ф₂₁) (9)

Где Ф₁₂ = [1+(µ₁/µ₂)^1/2(M₂/M₁)^1/4]²/[8(1+M₁/M₂)] ^1/2

Ф₂₁ = Ф12·(µ₂/µ₁)·(M₁/M₂)

Индексы 1 относятся к ацетону, а 2 – к изопропанолу.

При t_f:

Ф₁₂=0.996420123

Ф₂₁=8,315мкПас

µ^г_f =8,8885 мкПас =8,8885*10^-3сПз;

При t_p:

Ф₁₂=0.995157727

Ф₂₁=1.004810378

µ^г_р =8,315мкПас =8,315*10^-3сПз;

При t_w:

Ф₁₂=0.997252225

Ф₂₁=1.00267

µ^г_w =9,32982 мкПас= 9.32982*10^-3сПз;

8. Коэффициент диффузии в паре при температуре дистиллата, см²/с

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

CH₃-C-CH₃Для ацетона 3·С=3·16,5 М_A=58

║ 6·Н=1,98·6

OО=5,48

∑v_A=66,86

CH₃-CH-OHДля изопропанола 3·С=3·16,5M_B=60

ا 8·Н=1,98·8

СH3 О=5,48

∑v_B=70,82

Т=329,36 К

давление выражено в атм.; Р=760 мм. рт. ст.=1 атм.

D_AB=10^-3·329,36^1,75·[(58+60)/58·60]^1/2/[1·(66.861^/3+70.82^1/3)²]

D_AB=6,98·10^-7см²/с