Ректификация формалина-сырца (стр. 10 из 18)

(92,06 – 90)*72,4 = 147,1;

1897 + 147,1 = 2044,1 мм рт. ст..

10) Находим давление при температуре 95,48°С:

(95,48 – 90)*72,4 = 391,4;

1897 + 391,4 = 2288,4 мм рт. ст..

11) Находим давление при температуре 98,9°С:

(98,9 – 90)*72,4 = 635,7;

1897 + 635,7 = 2532,7 мм рт. ст..

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Рассчитываем давление (Рв.к) дла формальдегида.

Из экспериментальных данных о фазовом равновесии системы находятся константы А, В и С в уравнении Антуана, описывающего температурную зависимость давления паров некоторого гипотетического состояния формальдегида в чистом виде, но с учетом взаимодействия с водой [1, стр 35 ]. Полученное выражение имеет вид:

(2.11)

(2.12)

1) Находим давление при температуре 64,7°С:

P = 70,3 мм рт. ст..

2) Находим давление при температуре 68,12°С:

P = 83,8 мм рт. ст..

3) Находим давление при температуре 71,54°С:

P =99,3 мм рт. ст..

4) Находим давление при температуре 74,96°С:

P = 117,2 мм рт. ст..

5) Находим давление при температуре 78,38°С:

P = 138 мм рт. ст..

6) Находим давление при температуре 81,8°С:

P = 161,4 мм рт. ст..

7) Находим давление при температуре 85,22°С:

P = 188,8 мм рт. ст..

8) Находим давление при температуре 88,64°С:

P = 219,3 мм рт. ст..

9) Находим давление при температуре 92,06°С:

P = 254,7 мм рт. ст..

10) Находим давление при температуре 95,48°С:

P = 293,8 мм рт. ст..

11) Находим давление при температуре 98,9°С:

P = 338,8 мм рт. ст..

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид)

Далее рассчитываем состав жидкости по формуле (2.8):

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Находим состав паров по формуле (2.10):

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Таблица 12 – Расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид

t,°C	Рн.к	Рв.к	X	Y
	мм рт. ст.		мольные доли
64,7	767,4	70,3	0,51	0,92
68,12	871,1	83,8	0,44	0,89
71,54	991,2	99,3	0,37	0,86
74,96	1133,7	117,2	0,31	0,82
78,38	1276,1	138	0,25	0,75
81,8	1441	161,4	0,21	0,71
85,22	1631	188,8	0,17	0,65
88,64	1821	219,3	0,13	0,55
92,06	2044,1	254,7	0,10	0,48
95,48	2288,4	293,8	0,06	0,32
98,9	2532,7	338,8	0,04	0,24

Построение кривой равновесия пара и жидкости на диаграмме X – Y показано на рис.2.2. На осях откладывается максимальная концентрация низкокипящего компонента (в данном случае метанола) в паровой yм и жидкой xм фазах (100%), строится квадрат. Через полученную точку А и начало координат О проводим вспомогательную линию – диагональ ОА. Кривую равновесия строим в заданном масштабе по xм и yм при различных температурах (см. табл. 12). На пересечении перпендикуляров, восстановленных из точек x1, y1; x2, y2; x3, y3; … …, получаем точки А1, А2, А3, … Соединяя эти точки плавной линией, получаем кривую равновесия. Если линия равновесия лежит выше диагонали, то пары обогащаются низкокипящим компонентом. Чем ближе линия равновесия к диагонали, тем меньше разница составов пара и жидкости и тем труднее разделяется смесь при ректификации.

График изменения составов жидкости и пара от температуры t – X – Y строится следующим образом (рис.2.3). В соответствии с табл. 12 отложим на оси ординат температуры кипения чистых компонентов tA и tB (А – метанол, В – формальдегид) и температуры кипения t1, t2, t3, …, соответствующие составам жидкой фазы x1, x2, x3, … Восстановим из этих точек перпендикуляры и, соединив точки А1, А2, А3, … плавной линией, получим кривую ВА1А2А3 … А – линию кипения жидкости. Затем на оси абсцисс откладываем составы паровой фазы y1, y2, y3, …, равновесной с данной кипящей жидкостью, и проводим перпендикуляры до пересечения с линиями, проведенными через t1, t2, t3, … Соединив точки пересечения В1, В2, В3, …, В плавной линией, получим кривую ВВ1В2В3 … А – линию конденсации. С помощью этого графика можно определить температуру жидкости и пара любого состава и наоборот, найти составы жидкости и пара при заданной температуре. Для определения температуры кипения исходной смеси проводим вертикаль из точки xF, соответствующей концентрации исходной смеси по низкокипящему компоненту, до пересечения с линией кипения жидкости в точке А¢. Из точки А¢ опускаем перпендикуляр на ось y и находим значение температуры кипения tF.

Таким образом tF = 76,9°С. Аналогично для дистиллята и кубового остатка: tP = 64,8°C, tW = 98,4°C.

Состав пара yF = 0,788, yP = 0,998, yW = 0,164.

Определение рабочего флегмового числа

Рабочее флегмовое число рассчитывается по формуле:

(2.13)

Минимальному флегмовому числу Rmin соответствует положение линий рабочих концентраций АВ и ВС (рис.2.2):

(2.14)

где, y*, x* - координаты точек пересечения линий питания с линией равновесия (yF* = 0,778, xF* = 0,27);

xp и xf – массовый состав дистиллята и исходной смеси.

Графическое определение минимального флегмового числа

На рис.2.2 проводим прямую СЕ через точку В пересечения вертикали с линией равновесия и через точку С на диагонали, соответствующую составу дистиллята xp. Измерив отрезок b0, отсекаемый прямой СЕ на оси ординат, находят Rmin из формулы:

(2.15)

где, xp – мольный состав дистиллята;

откуда

b0 = 0,70,

Графическое определение рабочего флегмового числа

Оптимальное рабочее флегмовое число R предложено находить по минимальному значению N(R+1), полагая, что это произведение пропорционально объему ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентрации или теоретических тарелок).

Задавшись различными коэффициентами избытка флегмы b, определим соответствующие флегмовые числа R [2, стр. 46 ]. По формуле (2.15) рассчитываем величину b; графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме Y – X находим N и далее N(R+1). Построение рабочих линий и ступеней изменения концентраций выполняется для каждого заданного коэффициента избытка флегмы и рассчитанного флегмового числа.

Вычисляем R, b, N, N(R+1) при различных значениях b:

флегмовое число вычисляем по формуле (2.13), а b0 по (2.15):

Чтобы определить количество тарелок, надо графически изобразить линии рабочего процесса в колонне. Колонну непрерывного действия от места ввода исходной смеси делят на две части: верхняя часть колонны называется укрепляющей, а нижняя часть – исчерпывающей. Для укрепляющей части колонны уравнение линии рабочих концентраций определяется соотношением (2.16):

,

в котором выражение R/(R+1) есть тангенс угла наклона линии, а отрезок, отсекаемый линией на оси y, определяется зависимостью b = xp/(R+1). Для построения линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей части колонны откладываем на оси абсцисс точки А, В, С (рис 2.3), соответствующие составам кубового остатка xw, исходной смеси xf и дистиллята xp, проводим через точки А и С вертикали до пересечения с диагональю и получаем точки А1 и С1. Откладываем на оси ординат отрезок ОЕ, длина которого определяется соотношением b = xp/(R+1). Через точки С1 и Е проводим прямую С1Е, а через точку В – вертикаль до пересечения с линией С1Е и получаем точку В1. Соединяем точки А1 и В1 линией А1В1. Отрезок С1В1 – линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны, отрезок А1В1 – линия концентраций исчерпывающей части колонны. Число теоретических тарелок находим путем построений ступенчатой линии между линией равновесия и линиями рабочих концентраций в пределах от xw до xp. Эту процедуру делаем 6 раз т. к. дано 6 значений b т.е. отрезков ОЕ.