Согласно уравнениям материального баланса (2.14, 2.15, 2.16) выразим и рассчитаем расход дистиллята и кубового остатка:
; 
Определим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях в соответствии с формулами (2.17, 2.18, 2.19):
Питание:
Дистиллят:
Кубовый остаток:
Вычислим равновесные составы фаз для бензольно-толуольной смеси при атмосферном давлении, считая, что смесь характеризуется законом Рауля. Расчет представлен в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Парожидкостное равновесие системы бензол–толуол
| T,0С | Pб, мм.рт.ст. ¤ | Рт, мм.рт.ст. ¤ | П, мм.рт.ст. | x=(П–Рт)/(Рб–Рт) | y*=(Р*б/П)x |
| 80 | 760,0 | 300,0 | 760 | 1 | 1 |
| 84 | 852,0 | 333,0 | 760 | 0,823 | 0,922 |
| 88 | 957,0 | 379,5 | 760 | 0,659 | 0,830 |
| 92 | 1078,0 | 432,0 | 760 | 0,508 | 0,720 |
| 96 | 1204,0 | 492,5 | 760 | 0,376 | 0,596 |
| 100 | 1344,0 | 559,0 | 760 | 0,256 | 0,453 |
| 104 | 1495,0 | 625,5 | 760 | 0,155 | 0,304 |
| 108 | 1659,0 | 704,5 | 760 | 0,058 | 0,128 |
| 110 | 1748,0 | 760,0 | 760 | 0 | 0 |
| Примечание: ¤ – [8] | |||||
Полученные данные наносим в виде кривых в координатах t–x,y и y*–x (см. рис. 3.20, 3.21).
Рис.3.20. Фазовая диаграмма t–x,y системы бензол–толуол.
Рис. 3.21. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе бензол–толуол.
По диаграмме y*–x находим y*F при xF=0.44: y*F=0.66.
По формуле (2.20) определим минимальное флегмовое число:
Далее, задав различные значения коэффициента избытка флегмы Z, определим флегмовые числа. Затем рассчитаем b (длина отрезка, отсекаемого на оси ординат верхней рабочей линией). Графическим построением определим число ступеней изменения концентраций для каждого флегмового числа (см. приложение 1).
Расчеты и результаты графических построений приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2 Данные для расчета рабочего флегмового числа
| Z=R/Rmin | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.4 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.5 |
| R | 1.41 | 1.55 | 1.69 | 1.97 | 2.12 | 2.40 | 2.68 | 3.53 |
| b=XD/(R+1) | 0.40 | 0.38 | 0.36 | 0.33 | 0.31 | 0.29 | 0.26 | 0.21 |
| N | 27 | 20 | 18 | 16 | 14 | 13 | 12 | 11 |
| N(R+1) | 65.07 | 51 | 48.42 | 47.52 | 43.68 | 44.20 | 44.16 | 49.83 |
Минимальное значение N(R+1) соответствует числу ступеней изменения концентраций, равному 14, и рабочему флегмовому числу R=2.12. Данный вывод графически интерпретирует рис. 3.22.
Рис. 3.22. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе бензол–толуол при флегмовом числе R=2.12
Расчет рабочего флегмового числа возможен также с применением эмпирической зависимости (2.21):
Число теоретических тарелок
Рассчитаем уравнение рабочей линии верхней части колонны по формуле (2.22) при XD=0.97; R=2.12:
y= 
Интерполяцией определим составы жидкости и пара, покидающих тарелки верхней (укрепляющей) части колонны. Для расчета используем данные табл. 3.1.
x0=y1=XD=0.970
1) y2=0.947
2) y3=0.913
3) y4=0.863
4) y5=0.797
5) y6=0.729
6) y7=0.667
С 7-ой ступени стекает жидкость, близкая по составу к исходной смеси (ХF=0.44). Примем 7-ую ступень за ступень питания.
Далее для определения составов жидкости и пара будем пользоваться уравнением рабочей линии для нижней (исчерпывающей) части колонны.
Уравнение рабочей линии нижней части колонны определим по формуле (2.23) при ХW=0.03; R=2.12; F=10 т/час; D=3.94 т/час:
y= 
1) y8=0.618
2) y9=0.585
3) y10=0.538
4) y11=0.475
5) y12=0.392
6) y13=0.305
7) y14=0.214
8) y15=0.137
9) y16=0.079
Итак, с 16-ой ступени стекает жидкость, содержание бензола в которой близко к содержанию его в кубовом остатке (ХW=0.03). Следовательно, при подаче исходной смеси на 7-ую ступень для осуществления процесса необходим аппарат, эквивалентный 16 теоретическим ступеням.
На практике данный алгоритм часто выполняют графически, строя ступенчатую линию между кривой равновесия и рабочей линией (см. приложение 1).
Дата: 2019-11-01, просмотров: 358.
