Расчет ректификационной колонны

1 Расчет ректификационной колонны

1.1 Расчёт материального баланса ректификационной колонны

Легколетучим компонентом является этанол, т.к. его температура кипения ниже, чем температура кипения воды.

([pic 1]).

Примем, что компонент A – легколетучий компонент, а В – низколетучий компонент.

Для расчёта материального баланса ректификационной колонны

необходимо использовать массовые  концентрации, поэтому переведем мольные концентрации в абсолютные массовые. Перевод производим по формулам:

[pic 2],                                                (1.1)

где [pic 3]- мольная доля компонента А, [pic 4],

[pic 5]- массовая доля компонента А, [pic 6],

[pic 7]- мольная масса компонента А, (кг/моль),

[pic 8],                  (1.2)

[pic 9]- мольная масса компонента В, (кг/кмоль).

  Подставляя заданные значения в (4.2) и (4.1), получим:

          [pic 10],             (1.3)

            [pic 11],              (1.4)

[pic 12]

 [pic 13]                   (1.5)

[pic 14]                    (1.6)

[pic 15]                     (1.7)

Производительность по дистилляту D  и по исходной смеси определяется из уравнения материального баланса ректификационной колонны:                

[pic 16] ,                            (1.8)

Откуда

     [pic 17]                                             (1.9)

Подставляем численные значения в (4.9) из формул 4.5-4.7 и из исходных данных:

[pic 18]                                                                 (1.10)    [pic 19]                                                                     (1.11)

[pic 20]                              (1.12)

Относительный молярный расход питания:

                                           [pic 21]                                    (1.13)

         Откуда [pic 22]

[pic 23]

 1.2 Определение рабочего флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R. Флегмовое число являет собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята. Оно может находиться в интервале от [pic 24]. При минимальном флегмовом числе можно получить максимальное количество дистиллята, но число тарелок становится бесконечно большим. Если флегмовое число принять равным бесконечности, то получится, что колонна работает сама на себя. При флегмовом числе меньше минимального, мы ни при каких условиях не сможем получить конечный продукт с заданными свойствами.

Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:  

        [pic 25],                                  (1.4)

где [pic 26]- мольная доля этанола в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по y – x диаграмме

 (рисунка 4.1).

[pic 27]

Рисунок 1.1 – x-y диаграмма.

[pic 28]

Тогда:

[pic 29]       

Рабочие линии определяем по формулам:

[pic 30] 

 Рабочее флегмовое число можно рассчитать по эмпирической формуле:

                                   [pic 31]                          (1.5)                                                       

        Подставляя значение [pic 32]в эту формулу, получаем:

        [pic 33]

Рабочее флегмовое число можно определить и графическим методом, построив график зависимости N(R+1) от R, где R – флегмовое число, N – количество тарелок  соответствующих флегмовому числу. Для определения количества тарелок необходимо построить рабочую линию, соответствующую флегмовому числу. Чтобы построить рабочую линию необходимо рассчитать значение В, равное длине отрезка. Рассчитывается длина этого отрезка по  следующей формуле: