Описание процесса

Исходную из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в холодильник кубовой жидкости 4, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 6 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси хF.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильник 5.

Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хw, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состав хр, получаемой в дефлегматоре 7 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения-дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 8 и направляется в промежуточную емкость 9.

Из кубовой части колонны насосом 3 непрерывно выводится кубовая жидкость-продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 4 и направляется в емкость 10.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента-хлороформа) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом – этанолом).

3. Основные физико-химические свойства перерабатываемых веществ и получаемых продуктов

	Четыреххлористый углерод	Толуол
Химическая формула	CCl4	С7H8
Температура кипения при давлении 1 ата,^оС	110,62	76,8
Молекулярная масса, г/моль	153,84	92,14

[ 3, стр. 541, табл.. XLI

Плотности веществ при различной температуре.

Вещество	Плотность кг/м^3
	-20^оС	0^оС	20^оС	40^оС	60^оС	80^оС	100^оС	120^оС
CCl4
С7H8

[ 3, стр. 512, табл. IV ]

Динамические коэффициенты вязкости жидких веществ при различной температуре.

Вещество	Динамический коэффициент вязкости, мПа×с (сП)
	0^оС	10^оС	20^оС	30^оС	40^оС	50^оС	60^оС	80^оС	100^оС	120^оС
CCl4	1,35	1,13	0,97	0,84	0,74	0,65	0,59	0,472	0,387	0,323
С7H8	0,768	0,667	0,586	0,522	0,466	0,42	0,381	0,319	0,271	0,231

[ 3. стр. 516, табл. IX ]

Поверхностное натяжение жидких веществ при различной температуре

Вещество	Поверхностное натяжение 10^8 Н/м
	0^оС	20^оС	40^оС	60^оС	80^оС	100^оС	120^оС
CCl4	29,5	26,9	24,5		19,6	17,3	15,1
С7H8	30,7	28,5	26,2	23,8	21,8	19,8

[ 3. стр. 527, табл. XXIV ]

Удельная теплота парообразования (кДж/кг).

Вещество	Удельная теплота парообразования (кДж/кг)
	0 ^оС	20^оС	60^оС	100^оС
CCl4	218,3	213,7	201,9	185,6
С7H8	407,7	388,8	368,7

[ 3. стр. 541, табл. XLV ]

Равновесные составы жидкости и пара для системы хлороформ-этанол при Р = 760 мм рт. ст.

	Мольная доля хлороформа	Температура кипения смеси, ^оC
	в жидкости	в паре
4,71	10,05	109,04
8,00	16,50	107,41
9,62	19,08	106,50
10,45	21,42	105,50
13,62	28,22	105,00
14,42	29,60	104,52
17,23	32,25	102,39
20,50	37,41	99,96
25,68	46,85	99,75
26,25	47,65	98,72
28,9	49,82	98,60
29,25	50,40	97,48
32,65	53,98	95,54
38,2	59,25	95,17
38,45	60,00	94,89
39,4	60,45	94,58
41,68	62,82	93,55
42,28	64,28	91,96
45,00	66,59	91,85
48,25	69,65	90,86
49,82	71,10	88,97
55,19	75,52	87,45
58,80	78,10	87,20
60,10	78,78	86,04
63,58	80,52	85,56
65,59	81,80	84,86
68,19	84,00	83,95
71,92	86,90	82,92
75,58	87,65	81,95
78,5	89,85	81,22
80,78	90,50	80,74
83,00	91,80	79,95
83,67	91,85	79,43
87,90	93,40	79,2
90,50	95,60	77,95
94,70	98,10	77,43
97,94	99,21	77,03
99,50	99,70	77,00

4. Технологический расчет

4.1. Расчет диаметра тарельчатой ректификационной колонны

4.1.1. Пересчет концентраций

Для расчета материального баланса необходимо перейти от мольных долей к массовым:

где х_W, x_F, x_P – мольные концентрации низкокипящего компонента в кубовом остатке, питании, дистилляте соответственно; М – молекулярные массы.

4.1.2. Материальный баланс колонны.

Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:

где:

F – расход исходной смеси 5 кг/c;

W – расход кубового остатка кг/c;

P – расход дистиллята кг/c;

х_F – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;

x_W – концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;

x_P – концентрация легколетучего компонента в дистилляте;

Решая систему этих уравнений, находим расход кубового остатка и дистиллята:

F=3,5 тн/час=0,972 кг/с

4.1.3. Расчет минимального флегмового числа

Определяем по диаграмме Х–Y состав пара, равновесного к составу жидкости в исходной смеси:

Рассчитываем R_min в соответствии с формулой:

4.1.4. Расчет условно–оптимального флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости (и основные геометрические размеры) определяются рабочим флегмовым числом, найдем условно–оптимальное флегмовое число исходя из минимального объема ректификационной колонны по минимальному значению произведения N×(R+1), путем построения графика N(R+1) от R.

Для этого:

1) Задаемся ординатой В_верх

2) Строим на диаграмме Х–Y рабочие линии соответствующие выбранным В_верх, вырисовываем ступени между рабочей и равновесной линиями. Считаем теоретические ступени и результаты расчетов сводим в таблицу:

B	1,1	1,2	1.4	1,6	1.8
R	3,495	3,812	4,448	5,083	5,719
N
N(R+1)	89,9	62,56	59,93	60,83	60,47

Далее строим график зависимости N(R+1) от R из которого определяем условно–оптимальное флегмовое число.

R_opt = 4,45 будем использовать его в дальнейших расчетах.

4.1.5. Расчет мольной массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольная масса исходной смеси:

Мольная масса дистиллята:

4.1.6. Расчет скорости пара и диаметра колонны

Диаметр колонны находим из уравнения расхода:

где:

G – массовый расход пара в колонне, кг/с;

d – диаметр колонны, м;

w – скорость пара в сечении колонны, м/с;

r_y – плотность пара, кг/м³.

Свойства пара в верхней и в нижней части колонны будут различны, для учета этого факта расчет свойств жидкости и пара, а также основных геометрических размеров колонны будем проводить отдельно для обеих частей колонны.

Средние массовые расходы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

Средний мольный состав пара в верхней и нижней части колонны:

Средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны:

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

Скорость пара в интервале устойчивой работы ситчатых тарелок ректификационной колонны, можно определить из уравнения:

Расчет скорости пара в верхней и нижней частях колонны:

Плотности паров:

Плотности жидкостей:

Скорость пара:

Из уравнения расхода определяем диаметры верхней и нижней частей колонны:

В соответствии с действующими стандартами [1, стр.197, раздел 5.1.4] выбираем стандартный диаметр колонны: d_в = 0,6 м.

Пересчитаем скорость в верхней и нижней частях колонны на реальный диаметр:

Техническая характеристика ситчатой тарелки типа ТР (ОСТ 26-666–72)

Диаметр отверстий в тарелке, мм	d0 = 5
Шаг между отверстиями, мм	t =15
Свободное сечение тарелки, %	Fc = 11,2
Высота переливного порога, мм	hпер = 16
Ширина переливного порога, мм	b = 480
Рабочее сечение тарелки, м^2	Sт = 0,14

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

4.2. Определение действительного числа тарелок и высоты колонны

Дата добавления: 2015-07-11