Материальный баланс

2.1.2 Материальный баланс

Зная производительность колонны по дистилляту и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. производительность по кубовому остатку и питание исходной смеси (G_Wи G_D), на основании уравнений материального баланса.

  

где  - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

массовый расход исходной смеси, дистилляте и

кубовом остатке соответственно.

 где M_F-молекулярная масса:

 кг/кмоль

 кг/кмоль

 кг/кмоль,

где M₁ – молекулярная масса легколетучего компонента; M₂ – молекулярная масса второго компонента;

x_F, x_D, x_W- мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Где 1-ацетон, 2-четыреххлористый углерод.

кмоль/с

Находим массовую долю по формуле:

 

 

 

Решив систему материального баланса, получим:

кг/с

 кг/с

кмоль/с

кмоль/с

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Для его расчета используют приближенные вычисления по формуле:

 

где R_min – минимальное флегмовое число.

При этом:

где  - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, а - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

По диаграмме «Равновесное состояние жидкости и пара» (приложение1) находим  при соответствующем значении , таким образом

Тогда:

Также для расчета флегмового числа используем графический метод:

рассчитав число теоретических ступеней контакта (теоретических тарелок)

R=1.5, y=32, n=15.2, n(R+1) =15.2(1.5+1) =38

R=2, y=26.67, n=11.4, n(R+1) =11.4(2+1) =34.2

R=2.5, y=22.86, n=9, n(R+1) =9(2.5+1) =31.5

R=3, y =20, n=8, n(R+1) =8(3+1) =32

R=4, y=16, n=7.33, n(R+1) =7.33(4+1) =36.65

R=5, y=13.33, n=6.43, n(R+1) =6.43(5+1) =38.58

В данном курсовом проекте используем , найденное графическим методом (приложение 3).

2.1.3 Расчет расходов пара и жидкости в верхней и нижней части колонны.

Найдем уравнение рабочих линий:

а) для верхней (укрепляющей) части колонны:

б) для нижней (исчерпывающей) части колонны:

 

где F – относительный мольный расход питания.

 

Определяем температуры для нижней и верхней части колонны для жидкости и пара из диаграммы «Зависимость температуры от равновесных составов пара и жидкости» (приложение1):

ْْC, ْC,

ْْْC, ْC.

Определяем объемный расход пара:

 кмоль/с

Расход пара в нижней и верхней части колонны определяется по формуле:

,

где p₀=760 мм рт. ст. – атмосферное давление,

T₀=273 K- абсолютная температура.

м³/с

 м³/с

Молярную массу паровой смеси в нижней и верхней части колоны находим по формуле:

 кг/кмоль

 кг/кмоль

Массовые расходы паров в нижней и верхней части колоны находим по формуле:

 кг/с;

 кг/с;

Определим плотности пара в верхней и нижней части колонны по формуле:

кг/м³

кг/м³

Определим вязкость пара в верхней и нижней части колонны для ацетона (1) и четыреххлористого углерода (2):

,

где табличные данные: Па^. с, Па^. с,

С₁=651,С₂=384- константы уравнения.

а) для нижней части колонны:

Па^.с Па^.с

 

б) для верхней части колонны:

 Па^.с

 Па^.с

Определим вязкость смеси пара в нижней и верхней части колонны по формуле:

 Па^.с

 Па^.с

Определим плотности жидкости по формуле:

,

где плотности ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.

а) для нижней части колонны:

 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

б) для верхней части колонны:

 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

Определим вязкость смеси жидкости для нижней и верхней части колонны по формуле:

,

где вязкости ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.

 мПа^.с  мПа^.с

 мПа^.с  мПа^.с

 Па^.с

Па^.с

Поверхностное натяжение смеси жидкостей в верхней и нижней части колонны определим по формуле:

,

где поверхностное натяжение ацетона, четыреххлористого углерода соответственно.

Н/м

 Н/м

 Н/м

 Н/м

м/Н

 Н/м

м/Н

 Н/м

Находим мольные и массовые расходы жидкости в нижней и верхней части колонны:

кмоль/с

кг/кмоль

кг/с

 кг/с

 кмоль/с

 кг/кмоль

 кг/с

 кг/с