Исходные данные:
Исходная смесь – хлороформ-уксусная кислота.
Производительность колонны – GF = 3.0 кг/с.
Тип тарелки – насадочная:
Типоразмер насадки – 75x75x1.0 (1.2).
Начальная концентрация легколетучего компонента – XF = 30% (мол.).
Требуемый состав дистиллята – XD = 75% (мол.).
Требуемый состав кубового остатка XW = 2.5 (мол.).
Разделение происходит при атмосферном давлении.
где D – производительность по дистилляту, W – производительность по кубовому остатку.
Из уравнения (1) получим:
(2)
где XF – концентрация легколетучего компонента питания тарелки, XD – концентрация легколетучего компонента дистиллята, XW – концентрация легколетучего компонента кубового остатка.
Из уравнения (2) найдем расход кубового остаткаW:
Тогда из уравнения (1), находим расход дистиллята D:
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости опредеются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение Rопт можно найти путем технико-экономического рапа чета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки Rопт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) . Здесь – минимальное флегмовое число.
По диаграмме (рис.1). равновесия хлороформ-уксусная кислота находим – концентрация легколетучего компонента (хлороформа) в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью . Тогда минимальное флегмовое число равно:
[2, с.228, 6.2]
Зададим различные значения коэффициента избытка флегмы и определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара – состав жидкости число ступеней N.
Пусть
1.
Пусть (график №1)
2. (график №2)
Пусть
3. (график №3)
Пусть
4. (график №4)
Пусть
5. (график №5)
Пусть
6. (график №6)
N находим графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линией, на диаграмме состава пара y и x состава жидкости (см. график 1-6).
Тогда
Оформим полученные данные в таблицу
|
|
3.05 |
4.95 |
7.65 |
8.65 |
9.65 |
11.65 |
|
|
0.1418 |
0.2301 |
0.3557 |
0.4022 |
0.4487 |
0.5417 |
|
|
5.25 |
5 |
4.25 |
4.125 |
4 |
3.93 |
|
|
5.9945 |
6.1508 |
5.7618 |
5.7841 |
5.7949 |
6.0589 |
По данным таблицы строим график зависимости (график №7) от . По указанию преподавателя оптимальное флегмовое число берем за
Найдем уравнение рабочей линии для .
Уравнение верхней рабочей линии:
Уравнение нижней рабочей линии:
где – относительный мольный расход питания.
Уравнение рабочих линий изображены на графике №7.
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней части колонны определяют из соотношений:
где – мольные массы дистиллята и исходной смеси; средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.
Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – хлороформа.
Средние мольные состав жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны [2, с.230, 6.6]:
Тогда средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны [2, с.230, 6.6]:
Мольная масса исходной смеси равна [2, с.230, 6.6]:
Мольная масса дистиллята смеси равна:
Массовые расходы соответственно равны:
Средние мольные состав пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны [2, с.230, 6.6]:
Находим средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны [2, с.230, 6.8]:
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны [2, с.230, 6.]: