Выбор конструкционного материала

 

Этанол и вода не являются коррозионно-активными веществами, рабочая температура в колонне не выше 100°С, поэтому в качестве конструкционного материала для основных деталей аппарата выбираем сталь Ст 3 ГОСТ 380 – 94: которая используется для изготовления деталей химической аппаратуры при работе с неагрессивными средами при температурах от 10 до 200 °С.

 

Материальный расчет колонны

Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку

Таблица 1 – Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов

параметр вещество	tк, °С	М, кг/кмоль
этанол	78,30	46,10
вода	100,00	18,00

 

Молекулярные массы исходной смеси, дистиллята и кубового остатка:

 

          (7)

MF = 0,10×46,10 + 0,746×18,00 = 49,00 кг/кмоль

 

Аналогично для MР и MW:

 

MР = 0,75×46,1 + 0,099×18,00 = 56,80 кг/кмоль

MW = 0,01×46,1 + 0,968×18,0 = 46,40 кг/кмоль

 

Уравнение материального баланса

 

F = P + W;                                           (8)

F F = P + W ,                              (9)

 

где F, ,  – массовые концентрации НКК,

F = 5000,00 кг/ч – расход исходной смеси,

Р – расход дистиллята,

W – расход кубового остатка,

Прежде, чем находить расход дистиллята и кубовой жидкости, переведем мольные доли компонентов смеси в массовые:

 

xF= 0,1 F = 0,22

xР= 0,75  = 0,82

xW= 0,01  = 0,025

 

Тогда

 

W = F( – )/( – ) (10)

W = 5000,00×(0,82 – 0,22)/(0,82 – 0,025) = 3773,58 кг/ч

Р = F – W = 5000,00 – 3773,58 = 1226,42 кг/ч

 

Расчет оптимального флегмового числа и определение числа теоретических тарелок

Строим диаграмму равновесия между паром и жидкостью в системе этиловый спирт-вода (рис 5), используя данные по равновесию (таблица 2).

 

Таблица 2 – Равновесные данные системы этиловый спирт-вода

х, %мол.	0,00	1,90	9,66	16,61	26,08	39,65	50,79	57,32	67,63	74,72	89,43
у, %мол.	0,00	17,00	43,75	50,69	55,80	61,22	65,64	68,41	73,85	78,15	89,43
T, ºС	100,0	95,50	86,70	84,10	82,30	80,70	79,80	79,3	78,64	78,41	78,15

 

Находим значение *= 0,44

Тогда минимальное флегмовое число:

 

Rmin = (xp – yF*)/(yF* - xF)                                 (11)

Rmin = (0,75 – 0,44)/(0,44 – 0,1) = 0,91

 

Рабочее число флегмы:

 

R = 1,3·Rmin+0.3                                                   (12)

R=1,3·0,91+0.3=1,48

 

Уравнения рабочих линий:

· верхняя часть

 

y = [R/(R+1)]x + xp / (R+1) (13)

у = 0,597x + 0,302

хF =0,1  уF*= 0,597·0,1+0,302=0,362

 

Отложим по оси ординат 0,362 и нанесем рабочую линию АВ для верхней части колонны. Через точки А и С проводим рабочую линию АС для нижней части колонны.

· нижняя часть

 

y = [(R+f)/(R+1)]x – [(f – 1)/(R + 1)]xW       (14)

f = F / P                                                         (15)

f = 5000,00/1226,42 = 4,08

y = 2,24x – 0,012

 

Рис 5 – Х-Y-диаграмма. Зависимость между равновесными и рабочими составами фаз для смеси этиловый спирт-вода

 

Выполнив на диаграмме (рис 5) построение ломанной линии (начиная от т.В), находим необходимое число ступеней изменения концентрации: в верхней части оно составляет ~ 6, в нижней ~ 3; всего – 9.

 

Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны

 

Средние концентрации паров и их температуры (по t-x, y диаграмме):

 

yF = 0,362; yp = 0,738; yW = 0,011 (рис 5)

уср.в = 0,5(yF + yp)                                                        (16)

уср.в = 0,5×(0,362 + 0,738) = 0,55  tср.в = 79,0° С

уср.н = 0,5(yF + yW)                                                       (17)

уср.н = 0,5×(0,362 + 0,011) = 0,19  tср.н = 82,5° С

 

Средние молярные массы паров:

 

                       (18)

Мср.в = 0,55×46,10 + 0,45×18,00 = 33,46 кг/кмоль

 

Аналогично для Мср.н:

 

Мср.н = 0,19×46,10 + 0,77×18,00 = 23,34 кг/кмоль

 

Расход пара:

 

Gв = Р(R + 1)Мср.в /Мр                                        (19)

Gв = 1226,42×(1,48+1)×33,46/39,10 = 2604,13 кг/ч

Gн = Р(R + 1)Мср.н /Мр                                       (20)

Gн = 1226,42×(1,48+1)×23,34/39,10 = 1816,51 кг/ч