В непрерывно действующей ректификационной колонне (рис. 4) разделяется под атмосферным давлением смесь, содержащая х F (массн. %) легколетучего компонента. Требуемое содержание легколетучего компонента в дистилляте х D, в кубовом остатке х W. Исходная смесь перед подачей в ко- лонну подогревается до температуры кипения. Куб колонны обогревается глухим паром давлением Рг.п..
Определить:
Количество дистиллята G D, кг/с и кубового остатка W, кг/с.
Диаметр D, м и высоту колонны H, м.
Число тарелок (теоретическое nт и действительное n).
Расход пара на обогрев куба колонны Gп, кг/с.
Исходные данные к задаче 7
Исходные данные Вариант3
Разделяемая смесь Ацетон-бензол
Тип тарелок Ситчатые
Расход смеси G F, т/ч 4,6
Концентрация исходной смеси х F, (массн. %) 32
Концентрация дистиллята х D,(массн. %) 94
Концентрация кубового остатка х W,(массн. %) 8
Расстояние между тарелками h м.т, мм 250
Давление греющего пара Р г.п, ат 3,0
Равновесные составы жидкости (х) и пара (у) в мольных процентах
и температуры кипения (t) в 0С двойных смесей при давлении 760 мм. рт. ст.
Смесь х 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ацетон – бензол уt
0
80,1 14
78,3 24,3
76,4 40
72,8 51,2
69,6 59,4
66,7 66,5
64,3 73
62,4 79,5
60,7 86,3
59,6 93,2
58,8
100
56,1
Решение
Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса колонны по формулам (1), (2):
, (1)
, (2)
где GF, GD, GW – массовые расходы питания, дистиллята и кубового остатка; xF, xD, xW, – содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли.
Выразим из уравнения массовый расход кубового остатка: GW= ; (3)
GW = кг/с;
GD = 1,28 – 0,92 = 0,36 кг/с.
Для расчетов выразим концентрации исходной смеси , дистиллята и кубового остатка в мольных долях по формуле:
,
где Mнк = 58,08 кг/м3 , Mвк = 78,11 кг/м3 – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов.
Дистиллят:
XD = кмоль/кмоль смеси.
Исходная смесь:
xF= кмоль/кмоль смеси.
Кубовый остаток:
xW= кмоль/кмоль смеси.
Минимальное число флегмы
,
где XF и XD – мольные доли компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси; yF*= 0,529 – концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.
Rmin= ,
Рабочее число флегмы рассчитываем по уравнению:
R = 1,3·Rmin + 0,3
R = 1,3·3 + 0,3 = 4,20
Уравнения рабочих линий:
а) верхней (укрепляющей) части колонны
у = ;
у = ;
у = 0,808·х + 0,184;
б) нижней (исчерпывающей) части колонны
y= ,
где F = – относительный мольный расход питания.
у = ;
у = 1,385·х – 0,040.
Средние концентрации жидкости:
а) в верхней части колонны рассчитывается по формуле
хвср= ;
хвср =кмоль/кмоль смеси.
б) в нижней части колонны рассчитывается по формуле
хнср= ;
хнср= кмоль/кмоль смеси
Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны:
Мв = 0,670·58,08 + 78,11·(1 – 0,670) = 65,09 кг/кмоль
Мн = 0,247·58,08 + 78,11·(1 – 0,247) = 74,24 кг/кмоль
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
а) в верхней (укрепляющей) части колонны по формуле
yвср= 0,808·хвср + 0,184;
yвср= 0,808·0,670 + 0,184 = 0,728
б) в нижней (исчерпывающей) части колонны по формуле
yнср= 1,385·хнср – 0,040;
yнср= 1,385·0,247– 0,040 = 0,302.
Средние температуры пара определяем по диаграмме t – x, y:
Рисунок 2 – Диаграмма t–x, y для равновесия ацетон – бензол
а) при yвср = 0,728 температура tвср составит 62,0 оС
б) при yнср = 0,302 температура tнср составит 74,9 оС
Средние мольные массы и плотности пара:
а) в верхней части колонны по формуле
Мвср=увср·Мнк+ Мвк·(1 – увср);
Мвср= 0,728·58,08 + 78,11·(1 – 0,728) = 63,53 кг/кмоль.
Среднюю плотность пара рассчитываем по формуле
ρвср=,
где Твср=273 + 62=335 К;
ρвср= кг/м3.
Аналогичные расчеты произведем для нижней части колонны:
Мнср= + (1–0,302)·78,11 = 74,06 кг/кмоль;
ρнср= кг/м3;
Тнср=273 + 74,9 = 347,9 К.
Рассчитаем среднюю плотность пара
ρу= ;
ρу= кг/м3
Температура жидкой фазы в верхней части колонны равна 61,5 0С, плотность жидкой фазы в верхней части колонны:
где ρац = 743,98 кг/м3; ρбенз = 834,43 кг/м3 при 61,5 0C [1, c
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
