Файл: И. О. Фамилия Проектирование тарельчатой ректификационной колонны для разделения смеси метанол бензол.docx

=0,08 32 + 78 (1-0,08) = 74,32 [кг/кмоль]

M_WСМ =0,02 32 + 78 (1-0,02) = 77,08 [кг/кмоль]

Концентрация для дистиллята x_P

= = 0,316 [кг/кг смеси]

Концентрация для исходной смеси x_F

= = 0,034 [кг/кг смеси]

Концентрация для кубового остатка x_W

= = 0,0083 [кг/кг смеси]

Материальный баланс ректификационной колонны по потокам:

W = (1.7)

W= = 3,20766

P = 3,5 – 3,20766 = 0,292

Произведем проверку

F + (1.8)

3,5 0,034 = 3,207 0,0083 + 0,292 0,316

0,119 = 0,119

Материальный баланс сошелся. Следовательно, количество продуктов ректификации определено верно.

---

1.3 Построение фазовых диаграмм

В целях упрощения проектного расчета производим расчет для азеотропной смеси метанол - бензол.

Для расчета необходимого числа теоретических тарелок необходимо построение фазовых диаграмм.

Необходимо построить t-x-y - диаграмму заданной бинарной смеси и ее линию равновесия. Для построения этих диаграмм нужно определить равновесные составы паровой и жидкой фаз разделяемой смеси. Воспользуемся справочными данными.
Таблица 1 - Равновесные составы жидкости (x) и пара (y) и температуры кипения (t) азеотропной смеси метанол-бензол.

Метиловый спирт – бензол
t °C	x, мольная доля	y, мольная доля
80,2	0	0
66,9	0,05	38,5
61,1	0,10	50
58,6	0,20	56
58	0,30	58
57,8	0,40	59
57,7	0,50	60
57,6	0,60	61
57,6	0,70	62
58	0,80	66
59,6	0,90	75
64,9	1	1

Рисунок 1.5 - Диаграмма равновесия между паром и жидкостью (состава пара – состав жидкость)

Согласно (рисунку 1.5) произвели определение значений мольных долей пропилена в паре, кмоль/кмоль смеси:

y_p = 0,61

y_F = 0,48

y_W=0,18


t_XP = 58,0

t_XF = 62,2

t_XW =74,1
y_XP = 58,0

y_XF = 62,2

y_XW =74,1

---

Рисунок 1.6 - Диаграмма равновесия между паром и жидкостью (температура- состава пара и жидкости)

По графику видно, что данная смесь является азеотропной смесью, т.к. температуры пара и жидкости равны.

В целях достижения наибольшей точности расчета проведем определение оптимального флегмового числа и числа теоретических тарелок графическим методом, с последующим сопоставлением результатов с количеством тарелок реально существующей колонны.

1.4 Определение рабочего флегмового числа

Определяем оптимальное рабочее флегмовое число графическим методом, для этого:

Определяем минимальное флегмовое число по формуле [4]:
R_min = (1.9)
Где x_P, x_F, y*_F – массовые доли в дистилляте, исходной смеси и в паре исходной смеси.
R_min = = 0,125
Определим значение минимального флегмового числа другим способом. На диаграмме y-x (рисунок 1.1) из точки 1 (x_P, y_P) через точку 2 (x_F, y^*_F) проводим прямую до пересечения с осью Oy. Отрезок, отсекаемый по оси Oy, обозначим через B_max.

Из уравнения линий рабочих концентраций для верхней части колонны (для минимального флегмового числа)
B_max = (1.10)

Из (4) следует, что

R_min = -1 (1.11)

Выполнив на y-x диаграмме необходимые построения, определим B_max = 0,476. Значения минимального флегмового числа

R_min = -1 = 0,113

Значения минимального флегмового числа, определенного разными способами, различны (0,125 0,113), поэтому в дальнейшем расчете будем использовать среднее значение минимального флегмового числа.

B_max = = 0,119
Рабочее флегмовое число рекомендуется также определять по формуле

R_раб = 1,3

---

R_min + 0,3 (1.12)

Тогда

R_раб = 1,3 0,119 +0,3 = 0,4547

Рабочее флегмовое число рекомендуется также определять по формуле

R_раб = R_min (1.13)
Где – коэффициент избытка флегмы.

В соответствии коэффициент избытка флегмы рекомендовано принимать в интервале от 1,05 до 1,5. Примем значение коэффициента избытка флегмы в пределах от 1,1 до 2,5, поскольку лишь в данных пределах вариации коэффициента избытка флегмы, возможно определение по x-y диаграмме числа теоретических тарелок (рисунок 14-20). При принятии в расчетах коэффициента избытка флегмы 1,1 и менее, значение отрезка B1 увеличивается, увеличивая тем самым и угол наклона рабочей линией укрепляющей части колонны, которая при значении β≤1,1 не пересекает вертикаль заданного состава исходной жидкости, в результате чего не возможно адекватное определение числа теоретических тарелок методом Мак-Кэба и Тиле. Задаемся рядом значений коэффициента избытка флегмы β от 1,05 до 2,5 и рассчитаем соответствующие рабочие флегмовые числа R по формуле (1.13):

Тогда

R₁ = 0,125 1,35 = 0,169

R₂ = 0,125 1,7 = 0,213

R₃ = 0,125 2,3 = 0,288

R₄ = 0,125 2,8 = 0,350

R₅ = 0,125 3,4 = 0,438
Для каждого значения R на y-x диаграмме строим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей частей колонны по уравнениям:

для укрепляющей части:

y = (1.14)

для исчерпывающей части:

y = (1.15)

Для каждого случая определяем теоретическое число ступеней изменения концентраций Nт по методу Мак-Кэба и Тиле. Рассчитаем число B:

В₁ =

---

= 0,456

В₂ = = 0,437

В₃ = = 0,411

В₄ = = 0,393

В₅ = = 0,359

Построим диаграммы x,y. На диаграммах отложим значения В, затем построим рабочие линии укрепляющей и исчерпывающей части колонны и нанесем линии обозначающие теоретические тарелки. По количеству ступеней изменения концентрации, определим число теоретических тарелок (Nт).

Все результаты расчетов для удобства занесены в таблицу 2. Таблица 2. Определение оптимального рабочего флегмового числа
Таблица 2 - Определение оптимального рабочего флегмового числа

№		R	N	N(R+1)
1	1,35	0,169	11,5	13,444
2	1,7	0,213	9,5	11,524
3	2,3	0,288	8,5	10,948
4	2,8	0,350	7,5	10,125
5	3,8	0,475	7,5	11,0625

= 1,35

R = 0,169

B=0,456

N= 11,5


Рисунок 1.7 - Диаграмма равновесия между паром и жидкостью (состав пара-состав жидкость)


= 1,7

R = 0,213

B=0,437

N= 9,5

---