Установка для разделения бинарной смеси ацетон-бензол (Расчет ректификационной колонны)

                          2.1 Расчет ректификационной колонны.

Произведем расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси ацетон бензол, задавшись следующими параметрами:

·  производительность по исходной смеси ;

·  содержание легколетучего компонента в исходной смеси ;

·  содержание легколетучего компонента в дистилляте ;

·  содержание легколетучего компонента в кубовом остатке ;

·  давление в паровом пространстве дефлегматора .

                  2.1.1 Материальный баланс и рабочее флегмовое число. 

Производительность колонны по дистилляту  P и кубовому остатку W определяем из уравнения материального баланса колонны:                                                                                                 

;

;

Отсюда находим:

;

.

;

.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Для его определения используют коэффициент избытка флегмы :

, где - минимальное флегмовое число:

, где ,  и - мольные доли легколетучего компонента в исходной смеси, кубовом остатке и дистилляте;

- концентрация легколетучего компонента в паре, находящимся в равновесии с исходной жидкостью.

;

где  и -мольные массы ацетона и бензола.

.

;

                        .

;

.

-находим из графика (рис. 2.1.1). =0,58.

Тогда минимальное флегмовое число будет равно:

.

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы  определим соответствующие флегмовые числа по формулам:

; ; =1,051,55.

Результаты вычислений занесем в таблицу.

Таблица 2.1.1 Результаты вычислений.

Рис. 2.1.1 - Определение концентрации легколетучего компонента в паре, находящимся в равновесии с исходной жидкостью .

Число тарелок N определим графически путем построения графиков (рис. 2.1.2-2.1.7).

Из полученных результатов видно, что минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R=3,02 (рис. 7), при этом коэффициент избытка флегмы =1,55.

                            2.1.2 Средние массовые расходы.

Средние массовые расходы в нижней и в верхней части колонны определим из соотношений:

;        

, где  и - мольные массы дистиллята и исходной смеси;

 и - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно.

;

                                   , где  и - мольные массы ацетона и бензола соответственно;

       и - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно.

Рис. 2.1.2 - Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=67).

Рис. 2.1.3 - Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=37).

Рис. 2.1.4 - Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=30).

Рис. 2.1.5 - Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=27).

Рис. 2.1.6 - Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=24).

Рис. 2.1.7-  Графическое определение числа ступеней изменения концентраций N (N=22).

Рис. 2.1.8 - Определение оптимального флегмого числа R.

                                          ;

.

;

.

Тогда:

Мольная масса исходной смеси :

;

Тогда

.

.

Средние массовые потоки в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:

;

, где  и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны соответственно.

;

,

где  и - средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно.

;

.

;

Тогда:

.

.

                         2.1.3 Скорость пара и диаметр колонны.

Расчет скорости пара  зависит от вида тарелок в колонне. В данной ректификационной колонне используются ситчатые тарелки. Для ситчатых тарелок рекомендуется:

, где  и - плотности жидкости и пара соответственно.

Найдем плотности жидкости в верхней  и нижней , и пара в верхней  и нижней  частях колонны. Средние температуры паров определим по диаграмме t-ху по средним составам фаз: 57.6 и 79.9.

Находим:

;

.

;

.

По табличным значениям определим плотности жидкостей: бензол-==815 при ; ацетон-==749 при  .

Средняя плотность жидкости:

;

.

Теперь можно найти скорость пара в верхней и нижней части колонны:

=

=

Ориентировочный диаметр колонны определяют из уравнений расхода:

-верх колонны:

.

.

Выбираем наибольшее значение 0,992. и выбираем ближайший стандартный диаметр обечайки колонны 1,0. При этом из-за маленькой разницы между и  рабочая скорость пара