Обработка опытных данных

1. Определить коэффициент обогащения α как отношение концентрации низкокипящего компонента (НКК) в дистилляте к концентрации его в исходной смеси x_F, то есть

α = x_D / x_F.

2. Определить кпд ректификационной колонны η :

η = n_т / n_д.

Здесь n_д – действительное количество контактных устройств (тарелок) в колонне, равное 12 шт.

Число теоретических тарелок (ступеней изменения концентрации) определить графически, построив в координатах X-Y линию равновесия между паром и жидкостью в системе этиловый спирт-вода и линии рабочих концентраций верхней и нижней частей колонны при рабочем флегмовом числе R:

R = G_R / G_D.

Здесь G_D – производительность колонны по дистилляту, кг/с;

G_R – количество флегмы, подаваемой на верхнюю тарелку колонны, кг/с;

G_P – количество верхнего продукта, выходящего из дефлегматора, кг/с.

Данные по фазовому равновесию в системе этиловый спирт-вода приведены в данном методическом указании (см. таблицу). Методика построения линий рабочих концентраций и определения числа теоретических тарелок (ступеней) изложена в [2, с. 429, 448, 3, с. 118-122].

Концентрацию НКК в кубовом остатке x_w найти из материального баланса ректификационной колонны [2, с. 487; 3, с.118].

3. Определить число единиц переноса m_ox как наиболее универсальную оценку эффективности массообменного аппарата методом графического интегрирования выражения

m_ox = ∫ dx / x – x*,

где x_D, x_w, x – соответственно концентрация НКК в дистилляте, в кубовом остатке и в любом сечении колонны (% мол.); x* - равновесное значение концентрации (% мол.).

Используя графическое изображение процесса ректификации, разделить интервал x_w – x_D по оси абсцисс на некоторое число отрезков (обязательно включить x = x_F ) и для каждого из полученных значений x найти его равновесное значение как абсциссу точки на линии равновесия с ординатой y. Число единиц переноса численно (с учётом масштаба) равно площади под кривой в координатах x – 1/x – x* (x от x_w до x_D).

4. Графически [2, с. 489; 3, с.122] определить минимальное флегмовое число R _min , используя изображение действительного процесса ректификации в координатах X-Y.

5. Определить коэффициент избытка флегмы β и сравнить его с рекомендуемыми значениями, например, в [2, с. 491; 3, с.122].

β = R / R_min.

6. Графически определить оптимальное флегмовое число из условия минимизации рабочего объёма колонны. С этой целью в координатах X-Y (можно непосредственно на графике) построить линии рабочих концентраций ещё, самое малое, для двух случаев: при R₁>R и R₂<R. Определить для каждого из случаев число теоретических ступеней и построить график в координатах n_т (R+1) – R, который должен иметь минимум, соответствующий оптимальному флегмовому числу R_opt. Если на графике, построенном по трём точкам, экстремальная точка не выявляется, продолжить построение и расчёт при других R_i>R или R_i<R, в зависимости от конкретных условий.

Полученное значение R_opt сравнить с рабочим значением флегмового числа R.

7. Составить тепловой баланс дефлегматора [2, с. 493; 3, с.123-125] и, задавшись температурой воды на входе в дефлегматор (может быть определена по показанию термометра на установке к лабораторной работе № 7), определить расход воды, затрачиваемой на полную конденсацию верхних паров (без охлаждения конденсата).

8. Составить тепловой баланс ректификационной установки в целом [2, с. 492; 3, с.123] и определить расход греющего пара. Тепловые потери и влажность пара принять равными 5%.