Этилового спирта и воды

в) количество тепла, теряемое в окружающую среду:

Q_пот.= Q_{прихода}- Q_{расхода}

3. Из уравнения теплового баланса для верха колонны определяют количество флегмы (g), стекающей с верхней тарелки:

, (12.17)

где L – массовый расход орошения, кг/с; - соответственно энтальпия паров дистиллята при температуре верха колонны, энталпия дистиллята при температуре конденсации (t_K) и при температуре орошения (t_L), Дж/кг.

где: r – теплота концентрации паров верхнего продукта, Дж/кг.

4. Определяют минимальное флегмовое число R_MIN:

где: – равновесные составы жидкой и паровой фаз питания определяют по графику t–x^/, y^/ при температуре питания (R_min определяюм, если питание поступает при температуре кипения и выше).

5. Рабочее флегмовое число определяют как отношение мольного расхода флегмы в верхней части колонны (g') к мольному расходу дистиллята (D'):

(12.18)

6. Число ступеней изменения концентрации (теоретических тарелок) определяется графическим способом. Для этого используют кривую равновесия фаз в координатах х’^* - y’^*. На этот же график наносят кривые концентраций (рабочие линии) для верхней и нижней частей колонны.

а) рабочая линия верхней части колонны строится по уравнению линии концентрации (рабочей линии) для верха

(12.19)

где: – мольные концентрации верхних потоков пара жидкости в любом i –том сечении верхней части колонны.

Если мольные количества пара и жидкости по высоте секции не меняются, то уравнение (12.19) представит собой прямую линию, и для построения рабочей линии верхней части колонны достаточно двух точек. Решая уравнение (12.19) при , получим , и при , получим .

Следовательно, имеем две точки: А () и В (),

Нанеся эти точки на график х’^* - y’^* и, соединив их, получим рабочую линию верхней части колонны АВ (рис.12.4).

б) Рабочую линию нижней части колонны строим аналогично, используя уравнение рабочей линии (линия концентрации) для низа.

(12.20)

где: П – паровое число, это есть отношение расхода паров нижней части колонны к расходу остатка.

(12.21)

где: – мольное количество паров в нижней части колонны, определяется из уравнения материального баланса для нижней части колонны, моль/с.

(12.22)

где: – мольное количество жидкой части питания, моль/с (если питание подается в колонну при температуре его кипения или более низкой, то ).

При постоянных мольных потоках пара и жидкости по высоте секции уравнение (12.20) представляет собой уравнение прямой линии и для построения ее достаточно двух точек. Решая уравнение (12.20) при получаем , а при , соответственно

Через две полученные точки С () и Д () проводим рабочую линию нижней части колонны (рис.12.4). Для облегчения графического расчета можно использовать условную линию q (МN), определяющую точки пересечения рабочих линий верхней и нижней частей колонны, положение этой условной линии зависит от величины q, характеризующей тепловое состояние исходного сырья (рис. 12.5).

Положение условной линии q в зависимости от состава исходного сырья:

МN₁ – перегретый пар;

МN₂ – насыщенный пар:

МN₃ – паро–жидкостная смесь;

МN₄ – кипящая жидкость;

МN₅ – холодная жидкость.

При заданной температуре t_F и составе исходного сырья X_F:

(12.23)

где: – энтальпия насыщенных паров состава X_F, Дж/кг; – энтальпия исходного сырья при температуре t_F, Дж/кг; r_F – теплота конденсации паров сырья состава X_F, Дж/кг.

(12.24)

(12.25)

(12.26)

где: t_KF – температура конденсации паров сырья состава x_F, определяется по графику t–x, y.

Рис. 12.5. Кривая равновесия

Для определения положения линии q (рис.12.2) из точки М на диагонали диаграммы x^’–у^’ с координатой, соответствующей составу сырья x^’_F, проводится условная линия q, тангенс угла наклона которой равен:

Координаты точки пересечения линии q с кривой равновесия дают составы равновесных фаз сырья у и х.

Далее из точки А(), под углом, тангенс которого равен проводят рабочую линию верхний части колонны до пересечения со вспомогательной линией q. Соединив точку пересечения с точкой С(), получают рабочую линию нижней части колонны.

Для определения числа теоретических тарелок, как в первом, так и во втором случае проводят ступенчатую линию между кривой равновесия и рабочими линиями от точки А до точки С. Число ступеней соответствует числу теоретических тарелок.

При этом ордината каждой горизонтали ступени соответствует составу паров, поднимающихся с той или иной тарелки, а абсцисса – каждой вертикали определяет состав жидкости, стекающей с тарелки.

Коэффициент полезного действия тарелки h определяется из соотношения:

(12.27)

где: N_T – число теоретических тарелок в колонне; N_P – число реальных тарелок в колонне.

Отчет по работе включает:

1. Цель работы.

2. Схему установки.

3. Основные расчетные формулы.

4. Таблиц экспериментальных величин.

5. Расчет материального и теплового балансов колонны.

6. Графики зависимости t– x^’, у^’; у^’ - x.^’

7. Расчет флегмового числа и числа теоретических тарелок.

8. Расчет к.п.д. тарелки.

9. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сущность процесса ректификации.

2. Движущая сила процесса ректификации.

3. Материальный баланс колонны. Уравнение концентрации для верхней части колонны.

4. Флегмовое число. Минимальное флегмовое число, рабочее (оптимальное) флегмовое число.

5. Уравнение концентрации для нижней части колонны.

6. Паровое число. Минимальный вес паров.

7. Тепловой баланс колонны.

8. Материальный баланс колонны.

9. Уравнение и кривая равновесия фаз.

10. Изобарные температурные кривые равновесия.

11. Расчет состава фаз при помощи констант фазового равновесия.

12. Графические и аналитические методы расчета числа теоретических тарелок в колонне.

13. Взаимосвязь между числом тарелок и количеством орошения в колонне.

14. Способы создания орошения в колонне.

15. Способы подвода тепла в низ колонны.

16. Влияние давления на процесс ректификации. Выбор давления в колонне.

17. Основные типы ректификационных колонн.

18. Цель работы.

19. Схема экспериментальной установки.

20. Методика проведения эксперимента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М., " Химия", 1982 г., - 584 с.

2. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. - М. " Химия". 1978 г., - 277 с.