Физико-химические характеристики продукта

Продуктом этой смеси являются метиловый и этиловый спирты.

Метиловый спирт

Молекулярный вес 32 кг/моль

Плотность 792 кг/м³ при 20^оС

Температура кипения 64,509^оС

Бесцветная жидкость

Этиловый спирт

Молекулярный вес 46 кг/моль

Плотность 789 кг/м³ при 20^оС

Температура кипения 76,605^оС

Бесцветная жидкость

Используя опытные данные о равновесии между жидкостью и паром или расчетные. Равновесные данные для указанной бинарной системы при заданном давлении в ректификационной колонне заносят в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Равновесные составы жидкостей (х) и пара (у) в мол % и температуре кипения (t) ºС двойных смесей при атмосферном давлении.

х, % мольн	у, % мольн	t, оС	P, мм рт ст
0,0	0	78,3	760
13,4	18,3	76,3
24,2	32,6	75
32,0	42,8	73,6
40,1	52,9	72,3
43,5	56,6	71,7
54,2	67,6	70
65,2	75,9	68,6
72,8	81,3	67,7
79,0	85,8	66,9
81,4	87,5	66,6
87,3	91,9	65,8
91,0	93,7	65,6
100	100	64,5

Расчет колонны

Материальный баланс

 

Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту

 

,

 

по легколетучему компоненту

 

,

 

где х_f, х_D, х_w – молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.

Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях.

 

;

;

,

 

где х_А – мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;

М_А – молекулярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;

М_В – молекулярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.

Молекулярная масса метилового спирта – 32 кг/кмоль, этилового спирта – 46 кг/кмоль.

Массовый расход исходной смеси, кг/с, определим по формуле

 

 кг/с

 

Массовый расход кубового остатка, кг/с, определим по формуле

 

G_w = G_f – G_d = 8,13-1,32=7,81кг/с

 

По имеющимся данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси t=f(x,y) (Рисунок 1) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (Рисунок - 1).

 

Рисунок 1- Зависимость температур кипения и конденсации от состава фаз

 

Затем рассчитаем минимальное флегмовое число

 

R_min=( x_d – у^*_f )/( у^*_f – x_f )=( 0.95 - 0.3)/(0.3-0.22) = 8,06

где у^*_f - мольная доля НКК в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рис 2) у^*_f = 0,3

 

Оптимальное флегмовое число определим из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению n_T(R+1),где n_T –число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

 

Таблица 2- Данные для расчета оптимального флегмового числа

β	R= β Rmin	В	nт	nт(R+1)
1,1	8,87	0,09	17	167,7
1,2	9,67	0,08	15	160,05
2,0	16,1	0,05	12	205,2
2,8	22,57	0,04	11	259,3
3,6	29,02	0,03	10	300,2

 

Строим график зависимости n_т(R+1) от R. Находим min точку и опускаем из неё перпендикуляр на ось Х. Эта точка и будет являться оптимальным флегмовым числом. В нашем случае R_опт=9,67.

 

Рисунок 2 – Определение оптимального флегмового числа.

 

Уравнение рабочих линий

А) Верхней (укрепляющей) части колонны

 

Б) Нижней (исчерпывающей) части колонны