Поверхневий натяг етилового спирта і його водних розчинів, мн/м
Таблиця ІІІ.11 Теплоємність етилового спирта і його водних розчинів, кДж/кг∙град
Література: [1, 4, 6–11] Примітка. Розрахунок ректифікаційних установок пов’язаний із необхідністю підбору за довідниками значень фізичних та фізико-хімічних властивостей і параметрів для заданої суміші. У табл. ІІІ. 7 – ІІІ. 13 наводяться ці дані для етилового спирта і води. Таблиця ІІІ.12 Теплота випаровування етилового спирта залежно від температури
Таблиця ІІІ.13 Питома теплоємність с, кДж/кг∙град, в’язкість μ, мПа·с,
Розрахунок Складаємо принципову схему ректифікаційної установки (рис. ІІІ.17) і наносимо на неї значення заданих величин. Потім визначаємо кількість дистиляту і кубового залишку. Рівняння матеріального баланса для всієї суміші: , де – кількість вихідної суміші, кг/год, – кількість дистиляту, кг/год; Рівняння матеріального баланса для НК: , або . Сумісне вирішення цих рівнянь дає: і . Визначимо теоретичну кількість тарілок, за якої забезпечується повна фізико-хімічна рівновага між стікаючою з тарілки рідиною і парою, що піднімається за повного перемішування рідини на тарілці і рівномірного розприділення пари за її перерізом. Розрахунок виконуємо графічним способом з побудовою ступенів зміни концентрації [1]. Для виконання розрахунку за цим методом необхідно побудувати у–х-діаграму. Визначаємо молярні частки компонентів в рідині і у рівноважній парі х і у. Молекулярні маси компонентів: етилового спирта і води: . Молярна частка етилового спирта (С2Н5ОН) у початковій суміші: .
Рис. ІІІ.17. Схема установки для безперервної перегонки суміші Молярна частка етилового спирта (С2Н5ОН) у дистиляті: . Молярна частка етилового спирта (С2Н5ОН) у кубовому залишку: . За даними табл. ІІІ.7 будуємо криву рівноваги суміші, що розділяється. На у–х-діаграмі (рис. ІІІ.18) проводимо діагональ ОК і вертикальні прямі: ; ; і .
Рис. ІІІ.18. Діаграма рівноваги для бінарної суміші етиловий спирт – вода
Зазначаємо точки W і N (перетину діагоналей відповідно з першою та третьою прямою) і точку F1 перетину другої прямої з кривою рівноваги. Знайденій точці F1 відповідає концентрація спирта у парі, що знаходиться у рівновазі з рідиною, за концентрації спирта в рідині . Визначаємо мінімальне значення флегмового числа за формулами (ІІІ.10): . Приймаючи, згідно із завданням, коефіцієнт надлишку флегми β = 2, знаходимо значення робочого флегмового числа: . На діаграмі ух відкладаємо відрізок ОМ = В, причому . Як робочу лінію зміцнювальної частини колони проводимо на у–х-діаграмі пряму MN. Точку перетину цієї прямої з абсцисою з’єднуємо з точкою W, внаслідок чого отримуємо робочу лінію FW вичерпної частини колони. Ці прямі виражаються наступними рівняннями. Робоча лінія зміцнюючої частини колони: . Робоча лінія вичерпної частини колони ; тут х і у – поточні значення координат; – кількість вихідної суміші на одиницю готового продукта. За у–х-діаграмою (рис. ІІІ.18) визначаємо теоретичну кількість тарілок (ступенів зміни концентрації). Для цього будуємо ступінчасту лінію, що складається із горизонтальних і вертикальних відрізків, у межах зміни х від до . Кількість ступенів, що відповідає теоретичній кількості тарілок: . Для визначення реальної кількості тарілок необхідно визначити коефіцієнт корисної дії тарілки : . За [4] ККД тарілки змінюється в широких межах, від 0,2 до 0,9. Його можна визначити за графіком, поданим на рис. ІІІ. 4, або розрахувати за рівнянням , що описує цей графік. Тут – в’язкість рідини, що розділяється, сП; – відносна леткість. За табл. ІІІ.8 для температури кипіння вихідної суміші знаходимо = 0,34 сП. Відносну леткість визначаємо [5] за формулою: , де , – температури кипіння компонентів. Отже, у вичерпній частині колони буде 8 тарілок, у зміцнювальній – 12, а разом 20 тарілок. Ця кількість робочих тарілок буде однаковою для всіх трьох типів колони (ККД ковпачкових тарілок залежить також від відстані між тарілками і може бути точно визначений за [6, 10]). Для визначення розмірів колони визначаємо середнє значення основних параметрів парової суміші і рідини в колоні. Кількість пари, що піднімається: . Кількість стікаючої рідини у зміцнювальній частині колони і залежить від флегмового числа та становить: . Кількість стікаючої рідини у вичерпній частині колони: . За робочою лінією у–х-діаграми (рис. ІІІ.18) визначаємо склад пари в точці F, що відповідає складу вихідної суміші, потім знаходимо середню мольну частку пари у верхній частині колони: . Середня мольна частка пари в нижній частині колони: . Середня мольна частка пари в колоні: . За фазовою t–x-діаграмою (рис. ІІІ.19) знаходимо, що величині відповідає температура пари .
Рис. ІІІ. 19. Фазова діаграма для бінарної суміші “етиловий спирт – вода”
Середня густина пари за і за рівнянням стану становить: , де – універсальна газова стала, ; – середня молекулярна маса пари, що має концентрацію і визначається за співвідношенням: де – мольна частка спирта в рідині за ; точніше її значення можна розрахувати за формулою: . Об’ємна витрата пари становить: . Середня мольна частка рідини у верхній частині колони: . Густина рідини у верхній частині колони: де і – густини низькокиплячого (спирта) і висококиплячого (води) компонентів за (табл. ІІІ.9). Середня мольна частка рідини у нижній частині колони: . Густина рідини в нижній частині колони: Середня густина рідини у колоні: . Об’ємна витрата рідини у верхній частині колони: . Об’ємна витрата рідини у нижній частині колони: . ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|