Материал для изготовления колонны и теплообменной аппаратуры выбирают в соответствии с условиями их эксплуатации (прочность, механическая обработка, свариваемость). Главным требованием является коррозионная и химическая стойкости. При конструировании химической аппаратуры учитывают все виды коррозирующего разрушения материалов в агрессивной среде при ее рабочих параметрах. Необходимо стремится к минимальному значению коррозийности (П) (предпочтительно значение не превышающее 0,1).
Для данной бинарной смеси выберем материал Сталь Х17Н13M2T (ГОСТ 5632-61). Эта сталь устойчива к агрессивным средам.
Технологический расчет
1.1 Материальный баланс.
Зная производительность колонны и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. Производительность по дистилляту и по кубовому остатку (GW и GD), на основании уравнений материального баланса.
где - содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.
Отсюда найдем:
Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению
где Мх и Мб - молекулярные массы соответственно хлороформа и бензола, кг/кмоль.[1,с.228]
Низкокипящий компонент (легколетучий) – хлороформ
tкип=61,2°C
Высококипящий компонент (труднолетучий) – бензол
tкип=80,1°C
По диаграмме y-x находим при соответствующем значении , таким образом = 0,72, где - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).
Равновесные составы жидкости и пара для системы хлороформ - бензол[3]
t, °C | x | y |
80,6 | ||
79,8 | 0,08 | 0,1 |
79,0 | 0,15 | 0,2 |
78,2 | 0,22 | 0,3 |
77,3 | 0,29 | 0,4 |
76,4 | 0,36 | 0,5 |
75,3 | 0,44 | 0,6 |
74,0 | 0,54 | 0,7 |
71,9 | 0,69 | 0,8 |
68,9 | 0,79 | 0,9 |
61,4 |
|
Относительный мольный расход питания
Минимальное флегмовое число:
[1,с.228]
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R. Rопт определяют, используя приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы . Один из возможных приближенных методов расчета R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны.
При β =1,05, R=1,05×1,53=1,61
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
При β =1,35, R=1,35×1,53=2,07
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
При β =1,75, R=1,75×1,53=2,68
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
При β =2,35, R=2,35×1,53=3,6
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
При β =3,3, R=3,3×1,53=5,05
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
При β =6,25, R=6,25×1,53=9,56
Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны
Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны
β | 1,05 | 1,35 | 1,75 | 2,35 | 3,30 | 6,25 |
R | 1,61 | 2,07 | 2,68 | 3,6 | 5,05 | 9,56 |
N | 40,3 | 20,1 | ||||
N(R+1) | 177,48 | 141,22 | 148,304 | 121,605 | 200,64 |
|
Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R=4,1. При этом коэффициент избытка флегмы β = 2,68.
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:
[1,с.229]
где MD и MF - мольные массы дистиллята и исходной смеси;
МВ и МН - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.
Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – вода. Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:
[1,с. 230]
где Мх и Мб - мольные массы хлороформа и бензола;
хср.в и хср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны:
[1,с.228]
Тогда
Мольная масса исходной смеси
[1,с.228]
Подставив, получим:
кг/с
кг/с
Средние массовые потоки пара в верхней GВ и нижней GН частях колонны соответственно равны:
[1,с.228]
Здесь и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:
[1,с.228]
где
[1,с.228]
[1,с.228]
Тогда
Подставив, получим: