Ректификация разделения смеси "вода - бензол"

курсовая работа

1.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Содержание смеси:

xF = 22,0 % мол = 0,22

xd= 96,0 % мол = 0,96

xW= 2,0 % мол = 0,02

Температура исходной смеси tcм = 21,0°С

Производительность GF = 5550/3600 = 1,54 кг/с

Производительность колонны по дистилляту GD кубовому остатку GW определим из уравнений материального баланса колонны:

(1.1)

Пересчитаем составы фаз из мольных долей в массовые по соотношению взятого из источника [2]:

, (1.2)

Где Мcм - мольная масса смеси, кг/кмоль.

Мсм = МА · х + Мв · (1 - х),

Где МА, МВ - мольные массы компонентов, кг/кмоль.

МА = Мац = 58 кг/кмоль;

МВ = Мбн = 78 кг/кмоль.

Отсюда получаем:

Мсм. F = 58 · 0,22 + 78 · (1 - 0,22) = 73,6 кг/кмоль,

,

Мсм. d = 58 · 0,96 + 78 · (1 - 0,96) = 58,8 кг/кмоль,

,

Мсм. w = 58 ? 0,02 + 78 ? (1-0,02) = 77,6 кг/кмоль,

.

Расчет материального баланса колонны по уравнению (1.1):

,

Gd = GF - Gw = 1,54 - 1,28 = 0,26 кг/с.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение Rопт можно найти путём технико-экономического расчета. Используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) =RRmin. Здесь Rmin - минимальное флегмовое число:

(1.3)

где xF и xd - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси;

yF* - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, 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 (n - число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок, определяющее высоту колонны, а (R+1) - расход паров и, следовательно, сечение колонны).

Определим R. yF* = 0,47 - определяем по (приложение 1). Тогда минимальное флегмовое число равно

.

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы , определим соответствующие флегмовым числа.

Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y состав жидкости х находим n.

Результаты расчетов рабочего флегмового числа представлены на рисунках и приведены ниже в таблице. Для построения равновесной линии нам требуется знать равновесные составы жидкости и пара для смеси вода - бензол. Они взяты из источника [2]:

Таблица 1. Равновесный состав жидкости и пара

x

y

t

0

0

86,1

0,01

0,0352

79,2

0,02

0,055

78

0,05

0,1496

76,35

0,1

0,2531

73,6

0,2

0,463

69

0,22

0,47

69,2

0,3

0,5147

66,75

0,4

0,603

64,5

0,5

0,6785

62,65

0,6

0,7464

61

0,7

0,81

59,6

0,8

0,8737

58,35

0,9

0,9371

57,25

0,95

0,975

56,53

0,96

0,975

56,3

0,99

0,9937

56,27

1

1

56,18

Таблица 2 - Расчет действительного флегмового числа.

в

1,2

1,35

1,72

2, 205

R

2,352

2,64

3,37

4,32

xd/ (R+1)

0,286

0,263

0,219

0,180

N

34

27

25

21

N (R+1)

113,96

98,44

109,28

111,75

Cтроим графики для определения рабочего флегмового числа (приложение 1). Из рисунка видно, что Rопт = 2,65

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений;

Lв = Gd · R · Мверх / Мd, (1.4)

Lн = Gd ·R·Mниз / Мd + GF · Mниз / МF. (1.5)

Где Мd и MF - мольные массы дистиллята и исходной смеси;

МВ и МН - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны. Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента.

Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

Мвер. х = Мв. хср. в + Мук · (1 - хср. в), (1.6)

Мниз. x = Мв. хср. н + Мук · (1 - хср. н),

Где Мац и Мбен - мольные массы ацетона и бензола соответственно;

хср. в и хср. н - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны:

кмоль/кмоль см,

кмоль/кмоль см.

Тогда:

кг/кмоль,

кг/кмоль.

Мольная масса исходной смеси:

МF = Мац · хF + Мбен · (1 - хF),

кг/кмоль.

Подставим рассчитанные величины в выражения (1.4) и (1.5) для средних массовых расходов, получим:

кг/с,

кг/с.

Средние массовые потоки пара в верхней GВерх и нижней Gниз частях колонны:

, (1.7)

Где М в и М н - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны.

М в = Мац • yср в + Мбен • (1 - yср в), (1.8)

М н = Мац • yср н + Мбен • (1 - yср н),

Где уср в и уср н - средний мольный состав пара в верхней и нижней частях колонны.

Определяются как:

кмоль / кмоль смеси,

кмоль / кмоль смеси.

Тогда

М вер = 58 • 0,715 + 78 • (1 - 0,715) = 63,7 кг/кмоль,

М низ = 58 • 0,245 + 78 • (1 - 0,245) = 73,1 кг/кмоль.

Подставив численные значения, получим:

кг/c,

кг/c.

Делись добром ;)