Файл: Расчёт ректификационной установки.docx

Давление в колонне атмосферное. В качестве греющего теплоносителя в испарителе колонны применяется пар, для получения которого устанавливается котел. Конденсат от испарителя колонны, имеющий высокую температуру, используется на собственные нужды предприятия. В первом подогревателе исходной смеси теплоносителем являются кубовые остатки. Во втором подогревателе исходной смеси в качестве теплоносителя, так же как и в испарителе, применяется пар. В качестве низкотемпературного теплоносителя для конденсатора ‒ дефлегматора и холодильника готового продукта используется охлаждающая вода.

---

2 Материальный баланс установки

Введем обозначения:

G_Р, X_Р–поток и концентрация НК дистиллята;

G_w, X_{w –} поток и концентрация НК кубового остатка;

G_f, X_f– поток и концентрация НК флегмы;

Gv – количество пара, выходящего из колонны.

Материальный баланс по всему потоку, кг/с:

(2.1)

Материальный баланс по низкокипящему компоненту, кг/с:

(2.2)

Массовая концентрация НКК в исходной смеси:

(2.3)

где μ_А и μ_Б – молекулярная масса компонентов (µ_H2O=18 кг/кмоль, µ_СH3COOH=60 кг/кмоль).



Массовая концентрация НКК в кубовом остатке:

(2.4)

Массовая концентрация НКК в дистилляте:

(2.5)

Составим систему уравнений:



Решая получившуюся систему уравнений получим:

3 Конструкторский и тепловой расчёт колонны

3.1 Определение числа тарелок

3.1.1 Построение диаграммы фазового равновесия y=f(x)

На диаграмму наносятся температуры кипения чистых компонентов. Сведем в таблицу 3.1 физико ‒ химические свойства воды и уксусной кислоты при 110

---

°С.
Таблица 3.1 ‒ Физико ‒ химические свойства воды и бутилового спирта

Вещество	tн, оС	Cp (110 °С), кДж/кг·К	r(110 °С), кДж/кг	ВКК/НКК	А/В	µ, кг/кмоль
Вода	100	4,23	2234	НКК	А	18
Уксусная кислота	118,1	2,48	390	ВКК	В	60

Парциальное давление пара каждого компонента идеальных смесей зависит от температуры и содержания данного компонента и пропорционально молярной доле данного компонента в смеси. Это соотношение называется законом Рауля и может быть математически выражено следующим образом:

	(3.1)
	(3.2)

где – молярная доля компонента А в жидкости; – парциальные давления паров компонента А и компонента В над смесью, МПа; ‒ давления насыщения паров компонентов А и В при данной температуре. Тогда молярная доля компонента В в жидкой смеси будет .

Полное (общее) давление пара над жидкостью Р_общ равно сумме парциальных давлений компонентов:

(3.3)

В то же время парциальные давления компонентов в системе следуют закону Дальтона:

(3.4)

где y_в– концентрация ВКК в паровой фазе; Р_общ – атмосферное давление, равное 0,1 МПА

Для установившегося равновесия:

---

(3.5)

Откуда

(3.6)

Окончательные уравнения:

(3.7)

Величину давления насыщения компонентов А и В в зависимости от температуры находят по уравнению Антуана:

(3.8)

где А, В, С – некоторые числа для данных веществ; t – температура насыщения компонента смеси, ^оC.

Выражаем давления насыщения паров компонентов А и В:

	(3.9)
	(3.10)

Задаваясь значением температур в промежутке от t_А до t_В, из уравнения Антуана определяют давления насыщения высококипящего компонента при данных температурах. Данные сведем в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 ‒ Давление паров воды и уксусной кислоты в зависимости от
температуры

Жидкость	Уравнение	Интервал температур, оС		А	В	С
Вода	2.9	0	100	8,07414	1733	233,84
Уксусная кислота	2.9	16,4	118	7,55716	1642,54	233,39

Приведем пример расчета для температуры 104 ^оС:

Давление насыщения паров компонента А при 100 ^оС:



Давление насыщения паров компонента В при 100 ^оС:

---

Концентрация НКК в жидкой фазе:



Концентрация ВКК в паровой фазе:



Остальные расчеты выполняем аналогично. Результаты сведены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 ‒ Данные для построения диаграммы фазового равновесия у=f(x) и t=f(x,y)

t, оС	100	104	108	112	116	118,1
	100,0	117,3	134,7	154,2	175,9	188,3
	56,9	65,1	74,2	84,4	95,7	100,0
xA	1	0,668	0,426	0,224	0,054	0
yA	1	0,784	0,574	0,345	0,095	0

Построение диаграммы фазового равновесия смеси вода – уксусная кислота представлено на рисунке 3.1

3.1.2 Построение диаграммы фазового равновесия t=f(x,y)

Равновесные (сопряженные) концентрации компонента А в жидкой и газообразных фазах находятся на изотерме, пересекающей соответствующие линии кипения и конденсации, поэтому берутся эти значения (x_i и y_i) из таблицы 3.3 и наносятся на диаграмму в координатах t=f(x,y) (рисунок 3.2).

3.1.3 Построение диаграммы фазового равновесия h=f(x,y)

<sub>Построение кривых рабочих линий сопряжено с большими трудностями: здесь необходимо учитывать энтальпии пара и энтальпии жидкости с изменением этих свойств.

Изобарная мольная теплоемкость смеси:</sub>

(3.11)

где и

---