Сущность ректификации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине: химия

Задача №1

Вычислить минимальное флегмовое число, составы дистиллята и кубового продукта для смеси состава (мольные доли): бензол 0,35, толуол 0,3, изопропилбензол 0,35. Содержание изопропилбензола в кубе 0,993, остальное - толуол. Содержание изопропилбензола в дистилляте - 0,001. Для расчета относительных летучестей использовать температуру кипения потока питания. Коэффициенты зависимости давления насыщенных паров (Па) от температуры (К) даны в таблице:

Решение: Флегма - это часть конденсата, возвращаемая в верхнюю часть ректификационной колонны для поддержания процесса «укрепления» состава дистиллята, т.е. увеличения концентрации целевого продукта в дистилляте. флегма ректификационный конденсат дистиллят

Численно флегмовое число равно отношению количества возвращенного дистиллята (флегмы) к количеству отбираемого дистиллята.

R=Ф/D

При этом, если отбора дистиллята не происходит, весь он возвращается в колонну в качестве флегмы, то R=?, в таком случае колонна «работает сама на себя». В случае, если весь дистиллят отбирается, флегмы нет, то R=0, процессы тепло- и массообмена прекращаются, происходит простой процесс испарения и последующей конденсации, невозможно добиться чистоты продукта, сравнимой с продуктом процесса ректификации.

Движущей силой процесса ректификации является разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы.

С уменьшением R снижается расход теплоты на испарение жидкости в кубе колонны, однако уменьшается и движущая сила, что приводит к необходимости увеличивать высоту колонны.

При минимальном флегмовом числе ректификация возможна в колонне с бесконечно большой поверхностью фазового контакта.

R_min=(x_D - y^*_F)/(y^*_F - x_F),

где x_D, x_F - концентрации низкокипящего компонента в дистялляте (D) и исходной смеси (F) соответственно, y^*_F - равновесная концентрация низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.

y^*_F=р/П,

где р - парциальное давление низкокипящего компонента, П - общее давление смеси паров, равное сумме парциальных давлений всех компонентов системы.

По условию задачи видно, что разделению подвергаются изопропилбензол и смесь бензола и толуола. Обозначим компоненты: для удобства расчетов рационально принять смесь бензола и толуола за один компонент - А, изопропилбензол - В. Тогда состав исходной смеси будет выглядеть: 0,65 компонента А, 0,35 компонента В.

По составу кубового остатка и дистиллята видно, что температура в кубе равна температуре кипения компонента С, это 152,4⁰С (влиянием столь малой доли толуола в смеси на величину ее температуры кипения можно пренебречь). Температура дистиллята будет равна температуре кипения компонента Е, т.е. смеси А и В, она пока нам не известна. Температура кипения чистого бензола равна 80,1⁰С, чистого толуола 110,6⁰С.

Согласно закону Рауля, парциальное давление любого компонента над раствором пропорционально его мольной доле в жидкой фазе и давлению насыщенного пара его при данной температуре.

р_А=Р_А*х_А

р_В=Р_В*х_В

А согласно закону Дальтона, общее давление пара равно сумме парциальных давлений паров компонентов. П=р_А+р_В.

Используя данные, приведенные в условии, рассчитаем давление насыщенных паров компонентов в зависимости от температуры и сведем все в таблицу:

Из выражения закона Дальтона следует, что П=Р_А*х_А+ Р_В*х_В. Учитывая, что х_В=1 - х_А, имеем: х_В=(П - Р_В)/(Р_А - Р_В)

Рассчитаем концентрации компонентов, зная величину парциальных давлений при разной температуре, и учитывая, что общее процесс ректификации происходит при атмосферном давлении, т.е. П=760 мм.рт.ст.. Результаты занесем в таблицу:

По диаграмме находим температуру кипения жидкости питания. Она равна примерно 82⁰С.

Далее определим относительную летучесть компонента А в смеси:

б=Р_А/Р_В

Исходя из данных условия, при температуре 82⁰С значения Р_А и Р_В равны соответственно 1111,67 и 77,73 мм.рт.ст.

б=14,3

Тогда у^*_А= б*х_А/(х_А(б - 1)+1)=14,3*0,65/(0,65*13,3+1)=9,295/9,645=0,964

Откуда R_min=(x_D - y^*_F)/(y^*_F - x_F)=(0,999 - 0,964)/(0,964 - 0,65)=0,11

Размещено на Allbest.ru