Расчет ведем согласно [6]

G_F = G_D + G_W(3.1)

 X_F G_F = X_D G_D + X_W G_W

Схема материальных потоков показана. ( Рисунок 3.1.)

 Откуда находим :

 G_W = кг/с

 G_D = G_F – G_W = 1- 0,6 = 0,4 кг/с

Определение числа тарелок

 Построим кривую равновесия и определим температуры в колонне. На основании справочных данных о температурах кипения [6] , равновесных составах жидкости и пара для смеси ацетон – вода строим кривую температур кипения смеси в координатах t – x,y, и кривую равновесия в координатах x - y (см. рисунок 3.2., 3.3.)

По кривой температур кипения t = f (x) имеем :

 - температура в кубе колонны t_w = 99˚C

 - температура дистиллята t_D = 56˚C

 - температура кипения исходной смеси t_F = 65˚C

 Определяем минимальное и рабочее флегмовое число.

Минимальное флегмовое число определяем по формуле :

 R_min = , (3.2)

 где - мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси,  - концентрация легколетучего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

 Мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси определяется по формуле :

 ; (3.3.)

 где М_A = 58 – молекулярная масса ацетона [6],

 Мв = 18 - молекулярная масса воды.

 Получим :

 Аналогично

Тогда :

 Рабочее флегмовое число определяем по формуле:

 R = 1,3∙R_min + 0,3 (3.4.)

R = 1,3∙0,252 + 0,3 = 0,63

Уравнение рабочих линий :

а) для верхней (укрепляющей) части :

 ; (3.5.)

;

б) для нижней (исчерпывающей) части :

, (3.6.)

, где F – относительный мольный расход питания.

Относительный мольный расход питания определяем по формуле :

 (3.7. )

  ,

 Действительное число тарелок определяем по формуле:

, где  - коэффициент полезного действия тарелки [6]. (3.8)

 шт.

 Принимаем действительное число тарелок  = 19 шт.

Тепловой баланс колонны

 Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в дефлегматоре – конденсаторе

 Q_D = G_D(1+R)∙  (3.9.)

где r_D - удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, Дж/кг.

Удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре определяем по формуле :

(3.10.)

где =516,1 кДж/кг – удельная теплота конденсации ацетона при Т=56˚С ;

 кДж/кг – удельная теплота конденсации воды при Т=56˚С.

= 0,94∙516,1+(1-0,94)∙2351,5=626,2 кДж/кг

 Q_D = 0,4∙(1+0,63)∙626,2∙10³ = 408282,4 Вт

Расход тепла, получаемого в кубе - испарителе от греющего пара.

 Qк = Q_D + G_D∙C_D∙ +G_W∙C_W∙t_W- G_W∙C_F∙t_F+Q_ПОТ (3.11.)

 где Q_пот≈ 0,03∙Q_К – тепловые потери колонны в окружающую среду.

 Q_К =1,03∙(408282,4+0,4∙2346,4∙56+0,6∙4190∙99-1∙3268,2∙65)=497294,76 Вт

Расход тепла в паровом подогревателе исходной смеси :

 Q = 1,05∙G_F∙C_F∙(t_F - t_пар) (3.12.)

 Q = 1,05∙1∙3226,3∙(65-25)=135504,6 Вт

Расход тепла, отдаваемого охлаждающей воде в водяном холодильнике дистилляте

 Q = G_W∙C_W∙(t_w-t_кон)(3.13.)

 Q = 0,6∙4190∙(99-25)=186036 Вт

Расход греющего пара, имеющего Рабс=0,3 МПа

 а) в кубе - испарителя

 = , (3.14)

 где  =2141∙10^{3  -} удельная теплота конденсации греющего пара.

 =

 в) в подогревателе исходной смеси

 =

 Всего 0,24+0,07 = 0,31 кг/с = 1116 кг/ч

 Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20˚С

 а) в дефлегматоре

(3.15)

 б) в водяном холодильнике дистиллята

 в) кубовый остаток (вода) не охлаждается, а сливается в ПЛК.

 Всего 0,005+0,0004=0,0054  = 19,44 м³/ч