Расчетная часть

Для определения количества и состава дистиллята и количества кубового остатка используют уравнение

, (5.5.1)

где G_н –количество начальной смеси, кг;G_к – количество кубового остатка, кг;x_н, x_к –массовая доля спирта в начальной смеси и в кубовом остатке, %; x, y –массовая доля спирта в жидкости и в равновесном паре над этой жидкостью, %

Аналитически решить это уравнение невозможно, т. к. неизвестна зависимость у от x, поэтому применяют графический метод нахождения интеграла. Для этого на миллиметровой бумаге в определенном масштабе строят график зависимости 1/(у-х) от х для смеси спирт-вода с использованием табл. 5.5.1.

Таблица 5.5.1 Соотношения равновесных

водно-спиртовых составов

х	y	y-x	1/(х-у)	x	y	y-x	1/(х-у)
0,025	0,225	0,200	5,00	0,45	0,754	0,304	3,29
0,05	0,360	0,310	3,22	0,50	0,767	0,267	3,74
0,10	0,516	0,416	2,40	0,55	0,778	0,228	4,38
0,15	0,600	0,450	2,22	0,60	0,789	0.189	5,29
0,20	0,655	0,455	2,20	0,65	0,800	0,150	6,66
0,25	0,690	0,440	2,27	0,70	0,810	0,110	9,09
0,30	0,710	0,410	2,44	0,75	0,835	0,085	11,75
0,35	0,728	0,378	2,64	0,80	0,855	0,055	18,20
0,40	0,740	0,340	2,94

 

Значение интеграла в пределах от x_н=0,6 до x_к=0,05 изображается заштрихованной площадью S(мм² ).Тогда

(5.5.2)

где M_s–масштаб площади на графике.

Следовательно,

Отсюда находят .

Так как по условию известен объем исходной смеси (G_н=20дм³ ),находят величину G_к – количество кубового остатка (теоретическое).

При известном составе кубового остатка определите массовое количество в нем G_сп.к (кг)

(5.5.3)

 Массовое количество дистиллята G^Т_Д (кг)

  (5.5.4)

 Количество спирта в дистилляте G^Т_сп.Д (кг)

  (5.5.5)

 где G_сп.н–количество спирта в начальной смеси, кг

  (5.5.6)

 G^Т_сп.к–рассчитанное (теоретическое) количество спирта в кубовом остатке, кг

 Состав дистиллята по спирту x^Т_Д (%)

(5.5.7)

Флегмовое число

  (5.5.8)

где x_Д.мол – молярная масса дистиллята; x_ф – концентрация флегмы, %.

На основании данных протокола испытания найдите количество спирта в дистилляте, G_cп.Д (кг)

 

(5.5.9)

 

Сопоставьте результаты аналитического расчета с данными испытания и сделайте выводы.

Часовая производительность аппарата G_а (кг/ч)

  , (5.5.10)

 где G_Д – количество получаемого дистиллята этилового спирта, дм³; –плотность дистиллята, кг/м³; – время перегонки, ч.

Рассчитайте количество теплоты, отданной дистиллятом при конденсации пара Q_к (кДж/ч)

. (5.5.11)

 где v_Д –удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг (определяется по температуре конденсации).

Количество теплоты, отданное дистиллятом при охлаждении , (кДж/ч)

  , (5.5.12)

 где с_Д – удельная теплоёмкость дистиллята, кДж/(кг·К) (определяется по объёмной доле этилового спирта x_Д (%) и средней температуре дистиллята); – коэффициент неравномерности поступления дистиллята ( =2); t_П – температура пара в зоне концентрации, ˚ С; t_Д – начальная температура дистиллята, ˚ С.

Расход охлаждающей воды G_В (кг/ч)

  (5.5.13)

 где с_В=4,19 кДж/(кг·К) – удельная теплоёмкость воды; t^н_{В ,} t^к_В – температура воды на входе и на выходе соответственно, ˚ С.

Сопоставьте результаты расчетов с паспортными данными аппарата и сделайте выводы.

Графическая часть

Постройте диаграмму равновесия t=(x,y) бинарной смеси (этиловый спирт-вода): зависимость температуры кипения смеси от содержания компонентов в жидкости и в паре.

Выполните рабочий чертеж одного из узлов дистиллятора (паровой котел, охладитель, дефлегматор) и сделайте к нему спецификацию в соответствии с требованиями ЕСКД.