Дано: Смесь − бензол − толуол 𝐺𝐹 = 2,5 кг 𝑐 𝑝 = 3 ∙ 105 Па 𝑥𝐹 = 30% 𝑥𝐷 = 98% 𝑥𝑊 = 3% 𝑡н = 25℃ 𝑡к = 20℃ 𝑡в = 15℃

		Физика
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16684
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Дано: Смесь − бензол − толуол 𝐺𝐹 = 2,5 кг 𝑐 𝑝 = 3 ∙ 105 Па 𝑥𝐹 = 30% 𝑥𝐷 = 98% 𝑥𝑊 = 3% 𝑡н = 25℃ 𝑡к = 20℃ 𝑡в = 15℃

Решение: В ректификационных колоннах исходная смесь в результате массообмена между противоточно движущимися паровой и жидкой фазами разделяется на два продукта: дистиллят, обогащенный более летучим компонентом, и кубовый остаток с преобладающим содержанием менее летучего компонента. Обычно при расчете бинарной ректификации заданы расход и состав исходной смеси, а также требуемые составы дистиллята и кубового остатка. Исходя из этих данных, можно с помощью уравнений материального баланса определить расходы дистиллята и кубового остатка. Материальный баланс процесса непрерывной ректификации бинарных смесей можно представить системой уравнений: - массовые расходы питания (исходной смеси), дистиллята и кубового остатка, кг/с; - содержание низкокипящего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, массовые доли или проценты.  Используем: При анализе ректификации составы жидкой (х) и паровой фаз (у) принято рассматривать как число молей низкокипящего компонента, отнесенное к числу молей смеси. Поэтому материальный баланс процесса ректификации бинарных систем может быть представлен следующей системой уравнений:  - молярные расходы питания, дистиллята и кубового остатка, кмоль/с;  - содержание низкокипящего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке, молярные доли или проценты. Средние молярные массы питания, дистиллята и кубового остатка определяют по уравнению , где  - молярная масса низкокипящего компонента;  - молярная масса высококипящего компонента.  В уравнениях рабочих линий  - флегмовое число и  относительный (на 1 кмоль дистиллята) молярный расход питания. Относительный молярный расход питания составляет . Минимальное флегмовое число определяют по уравнению  . По диаграмме  молярная доля  низкокипящего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.  Рабочее флегмовое число рассчитывают по формуле  Рабочие линии наносят их на диаграмму . Рассчитывают средние концентрации жидких фаз в верхней  и нижней  частях колонны  По уравнениям рабочих линий определяют средние составы пара в верхней  и нижней частях колонны. Уравнения рабочих линий процесса связывают действительные (рабочие) концентрации компонента в жидкой и паровой фазах в любом сечении колонны: а) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны; б) нижней (исчерпывающей) части ректификационной колонны . Средние температуры пара в верхней и нижней  частях колонны определяют по диаграмме  Рассчитывают среднюю температуру пара в колонне . Определяют средние молярные массы  в обеих частях колонны средняя плотность пара  в колонне равна Определяют объемный расход проходящего через колонну пара  при средней температуре в колонне . Вычисляют скорость пара в колонне и рассчитывают диаметр колонны. Скорость проходящего по тарельчатой колонне пара можно рассчитать по уравнению  , где  – опытный коэффициент, зависящий от конструкции тарелок и расстояния между тарелками. Значения коэффициентов С для колонных аппаратов приведены в [8, с. 331, рис. 6.3]. Диаметр колонного аппарата рассчитывают по формуле . Полученное значение диаметра округляют до ближайшего стандартного значения [5]. Для определения числа тарелок используют метод теоретических тарелок [2, 8]. По методу теоретических тарелок расчет выполняется графически. Число ступеней, построенных между рабочими линиями и равновесной кривой, соответствует числу теоретических тарелок 𝑛т . Затем определяют число действительных тарелок  - средний КПД тарелок. Величина определяется в [8, с. 332, рис. 6.5] из графической зависимости – вязкость исходной смеси при средней температуре в колонне,  – коэффициент относительной летучести компонентов исходной смеси;  – давления насыщенного пара низкокипящего и высоко кипящего компонента при той же температуре.  Принимаем 20 тарелок, из которых 11 – в верхней части колонны, а 9 – в нижней. Питающей является девятая тарелка снизу. Определяют высоту тарельчатой ректификационной колонны по формуле , где – расстояние между тарелками, м;  – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, . Для колонных аппаратов диаметром 3000 мм расстояние между тарелками равен 400 мм. Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны и от нижней тарелки до днища  определим высоту колонны: . Тепловой поток, получаемый в кубе-кипятильнике от греющего пара, определяется по уравнению  где – удельные теплоемкости дистиллята, кубового остатка и питания,  – соответствующие температуры, . Температура в верху колонны при равняется , а в кубе кипятильнике она равна . Температура кипения исходной смеси составляет  . При этих температурах по правилу аддитивности вычисляются удельные теплоемкости жидких фаз [8, с. 531, рис. IХ] Количество теплоты, отдаваемое конденсирующимся паром охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, вычисляется по уравнению – удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, – удельные теплоты конденсации низкокипящего и высоко кипящего компонента при температуре вверху колонны,  Тепловые потери 𝑄пот принимают в размере 3...5 % от полезно затрачиваемой теплоты.