Расчет ректификационной колонны для разделения смеси "ацетонтАУуксусная кислота" при атмосферном давлении
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
нной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).
3. Инженерные расчёты
Для инженерных расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара - состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- уксусная кислота.
.1Равновесные данные
-мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;
-мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;
-температура, .
00118,10,0420,108112,10,0820,225109,130,120,289106,30,1580,356104,60,1940,433101,40,2260,56494,30,2360,5892,50,260,61790,220,280,64288,330,2940,66870,320,70685,50,360,76983,20,40,80780,90,440,84378,60,5380,9274,20,6680,96665,60,7610,98163,60,9350,99760,71156,1
.2 Материальный баланс
Зная массовый расход исходной смеси и мольные концентрации потоков, определим массовый расход дистиллята и массовый расход кубового остатка (и ), на основании уравнений материального баланса.
(1)
(2)
(3)
где - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно;
- массовый расход исходной смеси, дистиллята и кубового остатка соответственно.
Выразим из уравнения (3) массовый расход дистиллята и кубового остатка:
(4)
(5)
Найдем молекулярные массы смесей по уравнению:
(6)
где j - F,D или W.
Затем пересчитаем мольные доли легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке в массовые соответственно:
(7)
Далее по формулам (4) и (5) найдем массовый расход дистиллята и кубового остатка:
Пересчитаем массовые расходы питания, дистиллята и кубового остатка в мольные расходы соответственно по формуле:
(8)
Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:
(9)
где - минимальное флегмовое число.
При этом:
(10)
где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).
По диаграмме Равновесное состояние жидкости и пара (приложение 1) находим при соответствующем значении, таким образом 0,289.
Тогда:
3.3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости
Для определения основных размеров колонны (аппарата), расходов греющего пара и воды требуется найти средние мольные, массовые составы, мольные, массовые и объемные расходы по жидкости и пару, а также некоторые физические величины.
Для простой полной колонны, обогреваемой глухим паром (горячей водой) или острым паром, средние составы и расходы по жидкости и пару, а также физические величины определяют отдельно для верхней и нижней части колонны.
)Для жидкой фазы в верхней и нижней частях колонны:
-мольные составы определяют как средние арифметические:
тогда мольные составы вычисляются по формуле:
(11)
-мольные массы определяют по формуле:
(12)
где = 58,08 - мольная масса ацетона;
= 60,00 - мольная масса уксусной кислоты.
-массовые составы компонентов А и В определяют по уравнению:
(13)
где - мольная масса смеси; индекс А или В указывает на компонент.
В этой и последующих формулах индекс i относится либо к верхней, либо к нижней частям колонны.
-средние температуры определяют по диаграмме при соответствующих значениях .
-плотности определяют по уравнению:
(14)
- плотности легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, ;
динамические коэффициенты вязкости рассчитывают по уравнению:
(15)
где - динамические коэффициенты вязкости легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, Па тАв с.
Для верхней части колонны:
,
Для нижней части колонны:
,
-прежде чем рассчитывать коэффициенты диффузии, определим коэффициенты диффузии бинарной смеси при и температурные коэффициенты , а для этого нам необходимо по формулам (14) и (15) рассчитать плотности и динамические коэффициенты вязкости веществ при :
-
(16)
где - динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПатАвс; - мольные массы исходных веществ, ;
- мольные объёмы растворённого вещества и растворителя, ;
А=1,15 и В=1,27 - коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя.
(17)
где - динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПатАвс; - плотность жидкости при , .
-теперь по приближенной формуле рассчитаем коэффициенты диффузии :
(18)
где - коэффи