Координаты линии равновесия для смеси этиловый спирт – вода

(мольные доли C₂H₅OH в конденсированной X и паровой у_р фазах)

X	0, 1	0, 2	0, 3	0, 4	0, 5	0, 6	0, 7	0, 8	0, 9
ур	0, 45	0, 51	0, 55	0, 58	0, 63	0, 68	0, 75	0, 82	0, 92

 

Материальный баланс.

 

G_f = G_d + G_w, кг/г; (45)

 

по легколетучему C₂H₅OH

 

G_f · a_f = G_d · а_d + G _w · a_w, кг/г. (46)

 

Совместное решение этих уравнений позволяет определить количество дистиллята и кубового остатка

 

,

 

G _w = G_f – G_d = 800 – 157, 4 = 642, 6 кг/час.

 

2. Для построения рабочих линий пересчитаем концентрации этилового спирта в молярной доли.

Общая расчетная формула:

 

(47)

 

Молекулярные массы

 

МС₂Н₅ОН = 12 · 2 + 1· 6 +16 = 46;

 

МН₂О = 2 + 16 = 18;

,

 

,

 

.

 

3. Определяем минимальное флегмовое число и рабочее флегмовое число.

В системе координат у = f(х) наносим линию равновесия у_р = f(х). Зная Х_f, находим у_fр = 0, 44.

 

. (48)

 

Для построения рабочей линии для укрепляющей части колонны определяем рабочее флегмовое число:

 

R = σ · R_min = 1, 3·1, 02 = 1, 326. (49)

 

4. Находим величину отрезка

 

. (50)

 

5. В координатах у = f(х) строим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны (рис. 1). Для этого откладываем на оси у отрезок (В) и соединяем его с точкой (А) (X_d = у_d). АВ – рабочая линия укрепляющей части колонны. Рабочую линию исчерпывающей части колонны получим, соединив точку В с точкой С (X_w = у_w).

 

 

Рис.1. Постраение рабочих линий укрепляющей

и исчерпывающей частей ректификационной колонны.

 

6. Определяем число ступеней изменения концентраций (n) в верхней и нижней частях колонны. Для этого между рабочей линией и линией равновесия строим ступени под прямым углом, начиная от точки А и заканчивая на пересечении вертикали (X_f). Затем от точки С до пересечения вертикали (X_f).

7. Число тарелок действительное вычисляется по формуле:

 

(51)

 

где η = 0, 2÷ 0, 9 – коэффициент полезного действия тарелки.

Принимаем η = 0, 5, тогда

 

n = 20 + 3 = 23, n_д = 23/0, 5 = 46.

 

8. Рабочая высота колонны:

 

H = (n_д –1) · h = (46 – 1) · 0, 2 = 9 м. (52)

 

9. Диаметр колонны

, (53)

 

где - расход пара в колонне, м³/с;

- рабочая скорость пара, м/с.

 

(54)

 

, м.

 

10. Общий расход теплоты определяем, исходя из теплового баланса колонны

10.1 Расход теплоты на парообразование

 

Q₁ = G_{d ·} (R + 1) · r_d, (55)

 

где r_d - теплота парообразования дистиллята 850 кДж/кг.

 

Q₁ = 157, 4 · (1, 326 + 1) · 850 = 311195, 54 кДж/час.

 

10.2Расход теплоты на нагревание кубового остатка до температуры кипения

 

, кДж/час; (56)

 

где = 4, 19 − теплоемкость кубового остатка, кДж/(кг·град);

= 95 − температура кипения кубового остатка, °С.

, кДж/час.

10.3 Количество теплоты, вносимой исходной смесью

 

, кДж/час; (57)

 

где C_f = 4, 31 – теплоемкость исходной смеси, кДж/(кг·град);

t_f = 87 – температура исходной смеси, ⁰ С.

 

, кДж/час;

 

10.4 Количество теплоты, вносимой флегмой

 

, кДж/час, (58)

 

где = 3, 6 − теплоемкость дистиллята, кДж/(кг·град);

= 78 − температура дистиллята, °С.

 

кДж/час.

 

10.5Расход теплоты на нагревании дистиллята

 

кДж/час. (59)

 

10.6 Расход теплоты

 

Q = Q₁ + Q₂ – Q₃ – Q₄ + Q₅, (60)

 

Q = 311195, 54 + 255786, 93 – 299976 – 58606, 44 + 44197, 92 =

 

= 252597, 95 кДж/час.

 

Потери теплоты в окружающую среду примем 5 %:

 

Q_пот = 12629, 6 кДж/час.

 

10.7 Общий расход теплоты:

 

Q_общ = Q + Q_пот, (61)

 

Q_общ = 252597, 95 + 12629, 9 = 265227, 84 кДж/час.

 

11.Расход греющего пара:

 

(62)

где и – энтальпии греющего пара и его конденсата, определяемые по давлению насыщенного пара и принимаемые при Р_н = 0, 3 МПа равными 2730 и 558, 9 кДж/кг.

 

 

Варианты расчетных заданий

Таблица 2.4

Данные для выполнения расчетных заданий

Производительность кг/час смеси спирт-вода	Содержание спирта в смеси, % масс.	Содержание спирта в дистилляте, % масс.	Содержание спирта в кубовом остатке, % масс.
			2, 6
			2, 1
			2, 3

Пример расчета количества тарелок в колонне

Периодического действия

Определить необходимое число тарелок в колонне периодического действия для разделений смеси C₂H₅OH – Н₂О, которая содержит Х_f = 0, 5 мольных долей C₂H₅OH, Х_d = 0, 8; Х_w = 0, 05. Определить, также отношение флегмовых чисел в конце и в начале процесса. Принять η = 0, 5; коэффициент избытка флегмы σ = 1, 2. Использовать данные равновесия, приведенные в задаче 2.5.1.

1. Находим минимальное флегмовое число (R_{min k}) для конечного момента разделений, когда кубовая жидкость содержит 0, 05 мольных долей С₂Н₅ОН

 

. (63)

 

2. Рабочее флегмовое число в конце процесса

 

. (64)

 

3. Уравнение рабочей линии

 

, (65)

 

.

 

При X = 0, у = 0, 3. Координаты точки А (Х_d = 0, 8; у_р = 0, 8).

Строим рабочую линию (рис. 2) до пересечения с вертикалью X_w (AB) и определяем графически число ступеней изменений концентраций (n = 18).

 

Рис. 2. Графическое определение числа степеней измерений концентраций.

 

4. Число тарелок в колонне

 

. (66)

5. Для начального момента ректификации, когда Х_f = 0, 5 минимальное флегмовое число

 

(67)

 

6. Рабочее флегмовое число в начале процесса

 

, (68)

 

где σ = 1, 2÷ 2, 0 – коэффициент избытка флегмы.

Принимаем σ = 1, 2 тогда .

7. Отношение флегмовых чисел

 

(69)

 

Ректификацию в периодическом режиме используют в технологии коньячного спирта.

 

Варианты расчетных заданий

Таблица 2.5

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. CПИСОК ТЕМ ДЛЯ РЕФЕРАТОВ, КУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХ РАБОТ
2. DOUBLE NEEDS PANG PANG ТУШЬ ДЛЯ РЕСНИЦ от TONY MOLY – 660 руб
3. E) Горные породы, климат, почва, биокомпоненты, вода.
4. E) для факторов - капитал и земля
5. I. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ
6. II. ТЕКСТЫ ДЛЯ РАБОТЫ НАД ГОЛОСОМ.
7. III. Определите значимость для переводчика изучения особенностей литературного направления, к которому относится тот или иной автор.
8. III. Разделы, изученные ранее и необходимые для данного занятия (базисные знания)
9. IV. Здания для проживания людей
10. IV. Сравните параллельные тексты, проанализировав использование приема приближенного перевода.
11. IX.3. Прелестные девушки для странных парней
12. MS Excel. Для автоматического построения диаграммы по выделенным данным