Ректификационая установка непрерывного действия для разделения смеси CCl4 C7H8 (стр. 2 из 6)
2. Расчётная часть
2.1 Материальный баланс колонны [3]
Производительность колонны по исходной смеси и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса колонны:
; (2.1) 
. (2.2)Для расчетов выразим концентрации исходной смеси
, дистиллята 
и кубового остатка 
из мольных долей в массовые по формуле [4]: 
. (2.3)xD=(0.9*88)/(0.9*88+0.1*92)=0.896 кмоль/кмоль смеси;
xF=(0.45*88)/(0.45*88+0.55*92)=0.439 кмоль/кмоль смеси;
xW=(0.08*88)/(0.08*88+0.92*92)=0.077 кмоль/кмоль смеси.
Из уравнений материального баланса:
GW=0.35 кг/с;
GF=0.278+0.35=0.628 кг/с.
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Для определения этого числа используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения). Чтобы определить этот коэффициент в начале необходимо рассчитать RMIN по формуле:
. (2.4)
y*F - находим по диаграмме x-y (Рисунок Б.1). (График зависимости x-yстроим исходя из данных, приведенных в таблице А.1).
y*F=0.54 кмоль/кмоль смеси.
.
Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N*(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны.
Коэффициент избытка флегмы найдем по формуле:
β =R/RMIN. (2.5)
Задавшись различными значениями β, определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линиям на диаграмме состав пара y – состав жидкости x(Рисунок Б.2) находим N.
Таблица 2.1
| β | 1.05 | 1.35 | 1.75 | 2.35 | 3.30 | 6.25 |
| R | 4.2 | 5.4 | 7 | 9.4 | 13.2 | 25 |
| N | 40 | 27 | 22 | 19 | 18 | 16 |
| N(R+1) | 208 | 172.8 | 176 | 197.6 | 255.6 | 416 |
Зависимость N*(R+1)=f(R) (Рисунок Б.3) построили на основании данных таблицы 2.1.
Минимальное произведение N*(R+1)=172.6 соответствует флегмовому числу
R=5.4; N=27.
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений:
;(2.6) 
. (2.7)МF=88*0.45+92*(1-0.45)=90.2 кг/кмоль.
Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – диоксана.
; 
. (2.8) 
; (2.9) 
. (2.10) 
=(0.9+0.45)/2=0.675 кмоль/кмоль смеси; 
=(0.45+0.08)/2=0.265 кмоль/кмоль смеси.Тогда
=88*0.675+92*(1-0.675)=89.3 кг/кмоль; 
=88*0.45+92*(1-0.45)=90.94 кг/кмоль.Подставим рассчитанные величины в уравнения (2.6) и (2.7), получим:
LВ=0.278*5.4*89.3/88=1.52 кг/с;
LН=0.278*5.4*90.94/88+0.628*90.94/90,94=2.18 кг/с.
Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
; 
. (2.11) 
; 
. (2.12) 
; (2.13) 
. (2.14) 
=0.9 кмоль/кмоль смеси; 
=0.52 кмоль/кмоль смеси; 
=0.08 кмоль/кмоль смеси, (Рисунок Б.1).Подставим полученные значения в формулы (2.13) и (2.14), получим:
= (0.9+0.52)/2=0.71 кмоль/кмоль смеси; 
=(0.52+0.08)/2=0.3 кмоль/кмоль смеси.Тогда
=88*0.71+92*(1-0.71)=89.16 кг/кмоль; 
=88*0.3+92*(1-0.3)=90.8 кг/кмоль.Подставив численные значения в уравнение (2.11), получим:
GВ=0.278*(5.4+1)*89.16/88=1.8 кг/с;
GН=0.278*(5.4+1)*90.8/88=1.84 кг/с.
2.2 Скорость пара и диаметр колонны [3]
Для дальнейшего расчета необходимо выбрать тип ректификационной колонны. Так как число теоретических ступеней изменения концентраций равно 27-ми рассчитаем тарельчатую колонну. Учитывая важнейшие показания ректификации, состав разделяемой смеси, а также то, что процесс идет при давлении 600 мм.рт.ст , произведем расчет ректификационной колонны с ситчатыми тарелками.
Рабочую скорость газа для ситчатых тарелок можно рассчитать по уравнению:
, (2.15)Найдем плотности пара
и 
при средних температурах tВ и tН. Средние температуры паров определим по диаграмме t – x,y(Рисунок Б.4) по средним составам фаз: tВ=94.50С; tН=97.40С. 
; 
. (2.16) 
кг/м3; 
кг/м3.Плотность физических смесей жидкостей подчиняется закону аддитивности:
ρсм=ρ1*xоб+ρ2(1-xоб) (2.17)
Найдем плотности жидкости
, 
при средних температурах tВ и tН. Средние температуры жидкости определим по диаграмме t – x,y (Рисунок Б.4) по средним составам фаз: tВ=94.4 0С; tН=97.9 0С.ρд100º= 797 кг/м3; ρд94.4º= 797+[(811-797)/10]*5.6= 804.8 кг/м3;
ρд90º= 811 кг/м3; ρд97.9º =797+[(811-797)/10]*2.1= 799.9 кг/м3;
ρт80º= 808 кг/м3; ρт94.4º = 788+[(808-788)/20]*5.6= 793.6 кг/м3,
ρт100º= 788 кг/м3; ρт97.9º = 788+[(808-788)/20]*2.1= 790.1 кг/м3. [4]
Объемную долю компонента в смеси рассчитывают по уравнению:
; (2.18)где
. (2.19) 
м3; 
м3; 
м3; 
м3.