Ректификационная установка для разделения бинарной смеси

Введение
Ректификацией называется массообменный процесс разделения жидких гомогенных смесей летучих компонентов путем многократного последовательно повторяющихся процессов испарения и конденсации.
Для практической реализации такого процесса необходимым условием является то, что паровая и жидкая фазы до вступления в контакт между собой должны находиться в неравновесном состоянии. Поскольку давление для фаз остается одинаковыми постоянным, то, следовательно, температуры фаз должны быть разными. При контакте между фазами происходит теплообмен: температура пара выше температуры жидкости, следовательно, пар конденсируется и отдает свое тепло жидкости, которая в свою очередь испаряется. В результате такого тепломассообмена образующийся пар обогащается низкокипящим компонентом, а жидкость - высококипящим компонентом. Так как система стремится к равновесию, то температуры образующихся паров и жидкости выравниваются.
Задачей данного курсового проекта, согласно заданию, является разработка ректификационной установки, предназначенной для разделения бинарной смеси бензол-хлороформ под атмосферным давлением в колонне с колпачковыми тарелками. При этом, расход сырьевой смеси, концентрация низкокипящего компонента .): в сырье , в дистилляте , в остатке . Смесь подается в колонну при температуре начала кипения.


1. Расчет материального баланса
Согласно заданию к курсовому проектированию разделению на ректификационной установке подвергается бинарная смесь бензол хлороформ, массовой расход которой равен:


Производительность колонны по дистилляту и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса [3]:


где: массовый расход сырьевой смеси,
массовый расход дистиллята,
массовый расход кубового остатка,


где: массовая концентрация низкокипящего компонента в смеси,
массовая концентрация низкокипящего компонента в дистилляте,
массовая концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке,
Из этих уравнений выражаем и находим


Определяем массовый расход дистиллята


Для проведения дальнейших расчётов необходимо перевести массовые доли низкокипящего компонента в мольные :


где: молярная масса низкокипящего компонента,;
молярная масса высококипящего компонента,.





2. Построение равновесной и рабочей линий и диаграммы
Для нахождение равновесного состава пара и жидкости при разной температуре воспользуемся формулами:


где: давление среды, , по заданию 130000 ,
давление насыщенных паров бензола, , (см. приложение А)
давление насыщенных паров хлороформа, , (см. приложение А)


Исходные [4] и рассчитанные данные заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1. Давление насыщенных паров, равновесный состав жидкости и пара , мол. %, температуры кипения, двойной системы ь при давлении 130 кПа.

71 130000 33000 130000 1 1
75 150000 39000 130000 0,81982 0,945946
80 180000 47000 130000 0,62406 0,864083
85 213000 58000 130000 0,464516 0,761092
90 250000 70000 130000 0,333333 0,641026
95 298000 85000 130000 0,211268 0,48429
100 349000 101325 130000 0,115777 0,310816
105 415000 122000 130000 0,027304 0,087162
107 445000 130000 130000 0 0
По значениям таблицы 2.1 строим равновесную линию (см. приложение Б) и диаграмму (см. приложение В).
Для построения рабочих линий верхней и нижней частей колонны необходимо определить флегмовое число отношение расходов флегмы и дистиллята. Для этого вначале определим минимальное флегмовое число по формуле [5]:


где: мольная доля легколетучего (низкокипящего) компонента в паре, находящимся в равновесии с исходной смесью, мол. доли.
По диаграмме (приложение Б) определяем:
при => .


Рассчитаем рабочее флегмовое число


Определим уравнения рабочих линий:
1.Уравнение верхней части колонны:


2.Уравнение нижней части колонны:


где: относительный (на 1 кмоль дистиллята) мольный расход питания.



По полученным данным строим рабочие линии (Приложение Б).