Расчет ректификационной колонны для разделения смеси ацетон-вода с ситчатыми тарелками (стр. 2 из 4)
Ацетон является одним из наиболее реакционноспособных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение
CH3C (O) CH3 + NaHSO3 → (CH3) 2C (OH) - SO3Na
Вступает в альдольную самоконденсацию под действием щелочей, с образованием диацетонового спирта.
2CH3C (O) CH3 → (CH3) 2C (OH) CH2C (O) CH3
Восстанавливается цинком до пинакона.
2CH3C (O) CH3 + Zn → (CH3) 2C (OH) C (OH) (CH3) 2
При пиролизе (700°C) образует кетен.
CH3C (O) CH3 → CH2=C=O
Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина.
CH3C (O) CH3 + HCN → (CH3) 2C (OH) CN
Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ).
Ацетон, как и другие кетоны, в щелочной среде способен изомерироваться в пропаналь, последний - до пропенового спирта. В кислой среде и в присутствии ионов двухвалентной ртути, пропеновый спирт изомерируется сразу в ацетон. Между этими веществами всегда существует таутомерное равновесие:
CH3C (O) CH3 ↔ С2Н5СОН ↔ СН2=С (ОН) - СН3
В крови в норме содержится 1-2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи - 0,01-0,03 г. При нарушениях обмена веществ, например, при сахарном диабете, в моче и крови повышается содержание ацетона. Незначительная часть ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом. Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, а некоторое - с мочой.
Сырьё для синтеза многих важных химических продуктов: уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта, окиси мезитила,метилизобутилкетона, метилметакрилата, дифенилпропана, изофорона, бифенола А и др.;
(CH3) 2CO + 2 C6H5OH → (CH3) 2C (C6H4OH) 2 + H2O
2. Вода - оксид водорода - одно из наиболее распространенных и важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой воды в природе нет, - она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.
Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода - хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды - диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, - отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т.е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О) x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20-Н2S - Н2Sе) аномально высокая теплоемкость [4,18 кДж/ (г К)]. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.
Вода - весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель.
К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения [].
Таблица 1. Равновесный состав смеси ацетон-вода
| x | 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | Азеотропная смесь |
| t | 0 | 60,3 | 72 | 80,3 | 82,7 | 84,2 | 85,5 | 86,9 | 88,2 | 90,4 | 94,3 | 100 | - |
| y | 100 | 77,9 | 69,6 | 64,5 | 62,6 | 61,6 | 60,7 | 59,8 | 59 | 58,2 | 57,5 | 56,9 | - |
 |
Рис.1. Диаграмма t-x,yдля смеси ацетон - вода.
3. Материальный баланс колонны
3.1 Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку
Таблица 2. Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов
| tк, °С | МВ, кг/кмоль | |
| ацетон | 56 | 58 (МА) |
| вода | 100 | 18 (МВ) |
Обозначим массовый расход дистиллята GDкг/с, кубового остатка через GWкг/с, тогда
, 
, 
Питание:
Дистиллят:
Кубовый остаток:
Относительный мольный расход питания
3.2 Расчет оптимального флегмового числа
Рис.2. Кривые равновесия при П=760 мм рт. ст.:
1 - ацетон-вода; 2 - четыреххлористый углерод-ацетон.
Минимальное число флегмы
Где
=0,76 - мольную долю ацетона в равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме 
- х. Рабочее число флегмы 
Уравнения рабочих линий
а) верхней (укрепляющей) части колонны
б) нижней (исчерпывающей) части колонны
4. Определение скорости пара и диаметра колонны
4.1 Определение скорости пара в колонне
Средние концентрации жидкости
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние уравнения пара находим по уравнениям рабочих линий:
а) в верхней части колонны
б) в нижней части колонны
Средние температуры пара определяем по диаграмме t-x,y:
а) при
б) при
Средние мольные массы и плотности пара:
а)
б)
Средняя плотность пара в колонне
Температура в верху колонны при xD=0,83 равняется 57оС, а в кубе-испарителе при xW=0,008 она равна 97оС.
Плотность жидкого ацетона при 57оС
, а воды при 97оС 
.Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
Определяем скорость пара в колонне
,где С - коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояния между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.
Объемный расход проходящего через колонну пара при средней температуре
