Расчет ректификационной колонны (стр. 3 из 5)
где ХD- концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мольные доли
Содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке вычисляют по формуле:
(5) 
где ХW- концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, мольные доли.
Подставим в формулу(3), в формулу (4) и в формулу (5) исходные данные и найдем содержание уксусной кислоты в смеси (питании), в дистилляте и в кубовом остатке.
ХF =
ХD =
ХW =
Относительный мольный расход питания определяется по уравнению:
(6) 
Для проведения дальнейших расчетов нам необходимо построить кривую равновесия в координатах
для системы этиловый спирт-вода при атмосферном давлении.Здесь
- мольные доли воды в жидкости и в равновесном с ним паре.РБ и РТ – давление насыщенного пара воды и уксусной кислоты соответственно П- общее давление
Все необходимые данные для построения кривой равновесия приведены в таблице 1.
Таблица 1. Равновесные составы жидкости и пара для системы Уксусная кислота - вода
| t, °C | x | y |
| 118,1 | 0 | 0 |
| 115,4 | 0,05 | 0,092 |
| 113,8 | 0,1 | 0,167 |
| 110,1 | 0,2 | 0,302 |
| 107,5 | 0,3 | 0,425 |
| 105,8 | 0,4 | 0,53 |
| 104,4 | 0,5 | 0,626 |
| 103,2 | 0,6 | 0,716 |
| 102,1 | 0,7 | 0,795 |
| 101,3 | 0,8 | 0,864 |
| 100,6 | 0,9 | 0,93 |
| 100 | 1 | 1 |
По данным таблицы 1 построим кривую равновесия
Рис.2. Кривая равновесия в координатах
для системы уксусная кислота – вода.Минимальное число флегмы
определяется по уравнению: 
(7)где уF* - концентрация низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.
Определим содержание уксусная кислота в паре, равновесном с жидкостью питания уF*,по кривой равновесия, представленной на рис.2.
УF*=0.977
Подставим в уравнение (7) все необходимые данные и найдем минимальное число флегмы Rmin
Рабочее число флегмы R определяется по уравнению:
(8)Подставим числовое значение минимального числа флегмы Rmin в уравнение (8) и определим рабочее число флегмы R.
Коэффициент избытка флегмы равен:
Уравнения рабочих линий
А) в верхней (укрепляющей) части колонны
где R – флегмовое число
Б) в нижней (исчерпывающей) части колонны
Xwгде R – флегмовое число
F– относительный мольный расход питания
Далее нам необходимо определить средний массовый расход по жидкости для верхней и нижней части колонны.
Определяем по соотношению:
+ 
Где Md и Mf-мольные массы дистилята и исходной смеси;
Mверх и Mн- средние мольные массы жидкости в верхней и нижней части колоны.
Мольные массы в верхней и нижних частях колоны соответственно равны:
 |
Где Xсрн и Xсрв – средний мольный состав жидкости в нижней и верхней частях колонны.
Тогда:
Mcpв=
кг/кмольMcpн=
кг/кмольМольная масса исходной смеси:
MF=
кг/кмольМольная масса дистиллята:
MD=
кг/кмольПодставив, получим:
кг/ч 
+ 
кг/чСредние массовые потоки пара в верхней Gв и Gн частях колонны соответственно равны:
Здесь M’в и M’н – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:
M’верх = Мв yсрв + Мукс (1-yсрв)
M’н= Мвyсрн + Мукс(1-yсрн)
yсрн и yсрв – средний мольный состав пара в нижней и верхней частях колонны.
Значение yD, yF и yW получаем из уравнений рабочей линии. Тогда:
M’cpв=
кг/кмольM’cpн=
кг/кмольОтсюда:
кг/ч 
кг/чтарельчатый колонна ректификация дефлегматор
4.2 Определение скорости пара и диаметра колонны
По данным таблицы 1строим диаграмму t-x,y.
Рисунок 2 Диаграмма t-x,y для определения состава равновесия пара в зависимости от температуры
По диаграмме, представленной на рисунке 2, определяем средние температуры:
А) ycpв = 0.9397 tcp = 100.1 oC
Б) ycpн = 0.7346 tcp = 102.3 oC
Зная средние мольные, определяем массы и плотности пара:
M’cpв=
кг/кмольM’cpн=
кг/кмоль 
M’в и M’н средние мольные массы пара в верхней и нижней части колонны соответственно;
ρув и ρун плотности пара в в верхней и нижней части колонны соответственно.
Температура в верхней части колонны при Хсрв =0.9831 равна 100.01°С, а в нижней при Xсрн = 0.77795 равна 101.5°С. Отсюда tср = 100.9755°С. Эти данные определены по диаграмме t-х,у, представленной на рисунке 2.
Плотность воды при t = 100 °С ρв=958 кг/м3, а уксусной кислоты при ρукс=958 кг/м3.