125459 (Ректификация формалина-сырца), страница 9

(92,06 – 90)*72,4 = 147,1;

1897 + 147,1 = 2044,1 мм рт. ст..

10) Находим давление при температуре 95,48С:

(95,48 – 90)*72,4 = 391,4;

1897 + 391,4 = 2288,4 мм рт. ст..

11) Находим давление при температуре 98,9С:

(98,9 – 90)*72,4 = 635,7;

1897 + 635,7 = 2532,7 мм рт. ст..

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Рассчитываем давление (Рв.к) дла формальдегида.

Из экспериментальных данных о фазовом равновесии системы находятся константы А, В и С в уравнении Антуана, описывающего температурную зависимость давления паров некоторого гипотетического состояния формальдегида в чистом виде, но с учетом взаимодействия с водой [1, стр 35 ]. Полученное выражение имеет вид:

(2.11)

(2.12)

1. Находим давление при температуре 64,7С:

P = 70,3 мм рт. ст..

2) Находим давление при температуре 68,12С:

P = 83,8 мм рт. ст..

3) Находим давление при температуре 71,54С:

P =99,3 мм рт. ст..

4) Находим давление при температуре 74,96С:

P = 117,2 мм рт. ст..

5) Находим давление при температуре 78,38С:

P = 138 мм рт. ст..

6) Находим давление при температуре 81,8С:

P = 161,4 мм рт. ст..

7) Находим давление при температуре 85,22С:

P = 188,8 мм рт. ст..

8) Находим давление при температуре 88,64С:

P = 219,3 мм рт. ст..

9) Находим давление при температуре 92,06С:

P = 254,7 мм рт. ст..

10) Находим давление при температуре 95,48С:

P = 293,8 мм рт. ст..

11) Находим давление при температуре 98,9С:

P = 338,8 мм рт. ст..

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид)

Далее рассчитываем состав жидкости по формуле (2.8):

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Находим состав паров по формуле (2.10):

Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).

Таблица 12 – Расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид

Построение кривой равновесия пара и жидкости на диаграмме X – Y показано на рис.2.2. На осях откладывается максимальная концентрация низкокипящего компонента (в данном случае метанола) в паровой yм и жидкой xм фазах (100%), строится квадрат. Через полученную точку А и начало координат О проводим вспомогательную линию – диагональ ОА. Кривую равновесия строим в заданном масштабе по xм и yм при различных температурах (см. табл. 12). На пересечении перпендикуляров, восстановленных из точек x1, y1; x2, y2; x3, y3; … …, получаем точки А1, А2, А3, … Соединяя эти точки плавной линией, получаем кривую равновесия. Если линия равновесия лежит выше диагонали, то пары обогащаются низкокипящим компонентом. Чем ближе линия равновесия к диагонали, тем меньше разница составов пара и жидкости и тем труднее разделяется смесь при ректификации.

График изменения составов жидкости и пара от температуры t – X – Y строится следующим образом (рис.2.3). В соответствии с табл. 12 отложим на оси ординат температуры кипения чистых компонентов tA и tB (А – метанол, В – формальдегид) и температуры кипения t1, t2, t3, …, соответствующие составам жидкой фазы x1, x2, x3, … Восстановим из этих точек перпендикуляры и, соединив точки А1, А2, А3, … плавной линией, получим кривую ВА1А2А3 … А – линию кипения жидкости. Затем на оси абсцисс откладываем составы паровой фазы y1, y2, y3, …, равновесной с данной кипящей жидкостью, и проводим перпендикуляры до пересечения с линиями, проведенными через t1, t2, t3, … Соединив точки пересечения В1, В2, В3, …, В плавной линией, получим кривую ВВ1В2В3 … А – линию конденсации. С помощью этого графика можно определить температуру жидкости и пара любого состава и наоборот, найти составы жидкости и пара при заданной температуре. Для определения температуры кипения исходной смеси проводим вертикаль из точки xF, соответствующей концентрации исходной смеси по низкокипящему компоненту, до пересечения с линией кипения жидкости в точке А. Из точки А опускаем перпендикуляр на ось y и находим значение температуры кипения tF.

Таким образом tF = 76,9С. Аналогично для дистиллята и кубового остатка: tP = 64,8C, tW = 98,4C.

Состав пара yF = 0,788, yP = 0,998, yW = 0,164.

Определение рабочего флегмового числа

Рабочее флегмовое число рассчитывается по формуле:

(2.13)

Минимальному флегмовому числу Rmin соответствует положение линий рабочих концентраций АВ и ВС (рис.2.2):

(2.14)

где, y*, x* - координаты точек пересечения линий питания с линией равновесия (yF* = 0,778, xF* = 0,27);

xp и xf – массовый состав дистиллята и исходной смеси.

Графическое определение минимального флегмового числа

На рис.2.2 проводим прямую СЕ через точку В пересечения вертикали с линией равновесия и через точку С на диагонали, соответствующую составу дистиллята xp. Измерив отрезок b0, отсекаемый прямой СЕ на оси ординат, находят Rmin из формулы:

(2.15)

где, xp – мольный состав дистиллята;

откуда

b0 = 0,70,

Графическое определение рабочего флегмового числа

Оптимальное рабочее флегмовое число R предложено находить по минимальному значению N(R+1), полагая, что это произведение пропорционально объему ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентрации или теоретических тарелок).

Задавшись различными коэффициентами избытка флегмы , определим соответствующие флегмовые числа R [2, стр. 46 ]. По формуле (2.15) рассчитываем величину b; графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме Y – X находим N и далее N(R+1). Построение рабочих линий и ступеней изменения концентраций выполняется для каждого заданного коэффициента избытка флегмы и рассчитанного флегмового числа.

Вычисляем R, b, N, N(R+1) при различных значениях :

флегмовое число вычисляем по формуле (2.13), а b0 по (2.15):

Чтобы определить количество тарелок, надо графически изобразить линии рабочего процесса в колонне. Колонну непрерывного действия от места ввода исходной смеси делят на две части: верхняя часть колонны называется укрепляющей, а нижняя часть – исчерпывающей. Для укрепляющей части колонны уравнение линии рабочих концентраций определяется соотношением (2.16):

,

в котором выражение R/(R+1) есть тангенс угла наклона линии, а отрезок, отсекаемый линией на оси y, определяется зависимостью b = xp/(R+1). Для построения линий рабочих концентраций укрепляющей и исчерпывающей части колонны откладываем на оси абсцисс точки А, В, С (рис 2.3), соответствующие составам кубового остатка xw, исходной смеси xf и дистиллята xp, проводим через точки А и С вертикали до пересечения с диагональю и получаем точки А1 и С1. Откладываем на оси ординат отрезок ОЕ, длина которого определяется соотношением b = xp/(R+1). Через точки С1 и Е проводим прямую С1Е, а через точку В – вертикаль до пересечения с линией С1Е и получаем точку В1. Соединяем точки А1 и В1 линией А1В1. Отрезок С1В1 – линия рабочих концентраций укрепляющей части колонны, отрезок А1В1 – линия концентраций исчерпывающей части колонны. Число теоретических тарелок находим путем построений ступенчатой линии между линией равновесия и линиями рабочих концентраций в пределах от xw до xp. Эту процедуру делаем 6 раз т. к. дано 6 значений b т.е. отрезков ОЕ.

Количество ступеней (тарелок), полученные из рис.2.3 равно: 13, 9, 8, 7, 8, 5.

Полученные значения заносим в таблицу 13.

Таблица 13

Результаты вычислений и построений представлены на рис.2.4

Рис. 2.4 Определение оптимального рабочего флегмового числа