Построить фазовую диаграмму и диаграмму равновесия для ректификации заданной смеси в количестве GF. Содержание

Построить фазовую диаграмму и диаграмму равновесия для ректификации заданной смеси в количестве GF. Содержание легколетучего компонента в исходной смеси xf, в дистилляте xd, в кубовом остатке xw. Рассчитать скорость пара в ректификационной колонне и определить ее диаметр. Исходные данные: Вариант Равновесная система GF, т/ч xf, масс. % xd, масс. % xw, масс. % 5 бензол - толуол 8,8 35 97 1

В заданной бинарной смеси низкокипящим компонентом является бензол (tкип=80,10С), который переходит в дистиллят, а высококипящим – толуол (tкип=110,80С), остающийся в кубовом остатке.
Выполняем пересчет массовых концентраций веществ смеси в мольные доли по формуле:
хi=Xi-/Mi1n(Xi-/Mi)
М (C6Н6)=78 г/моль; М (C6Н5СН3)=92 г/моль..
Мольная доля бензола в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке составит:
хF=0,35/78(0,35/78)+1-0,35/92=0,388;
хD=0,97/78(0,97/78)+1-0,97/92=0,974;
хW=0,01/78(0,01/78)+1-0,01/92=0,012
Уравнения материального баланса процесса ректификации имеют вид:
F=D+W;
F·хF = D· xD+ W·хW
Тогда расход дистиллята можно определить по формуле:
D=хF-хWхD-хW·F
D=0,35-0,010,97-0,01·88003600=0,866кгс=3117,6кгч.
Расход кубового остатка составит:
W=F-D =8800-3117,6=5682,4 кг/ч=1,578 кг/ч.
По справочным данным (табл. 2.1) о равновесии между фазами в системе бензол-толуол строим график (рис. 2.1) для определения минимального флегмового числа.
Таблица 2.2 – Состав жидкости и пара в системе бензол-толуол
х, кмоль/кмоль смеси у, кмоль/кмоль смеси Т, 0С
0,00 0,00 110
0,058 0,128 108
0,155 0,304 104
0,256 0,453 100
0,376 0,596 96
0,508 0,720 92
0,659 0,830 88
0,823 0,922 84
1,000 1,000 80
По диаграмме находим, что у*=0,61 при хF=0,388, где у* - концентрация низкокипящего компонента в паре, находящимся в равновесии с жидкостью.
Минимальное флегмовое число определяем по формуле:
Rmin=xD-y*Fy*F-xF=0,974-0,610,61-0,388=1,64
Рабочее флегмовое число рассчитываем по формуле:
R=1,3∙Rmin+0,3=1,3∙1,64+0,3=2,43
Относительный мольный расход питания рассчитываем по формуле:
F=xD-xWxF-xW
F=0,974-0,0120,388-0,012=2,56
Рис

. 2.1 - Равновесие в системе бензол-толуол
Уравнения рабочих линий ректификационной колонны имеют следующий вид:
а) верхней (укрепляющей) части колонны:
у=RR+1∙x+xDR+1
у=2,432,43+1∙x+0,9742,43+1=0,708∙х+0,284;
б) нижней (исчерпывающей) части колонны:
у=R+FR+1∙x-F-1R+1∙xW;
у=2,43+2,562,43+1∙x-2,56-12,43+1∙0,012=1,455∙x-0,005
Средний мольный состав жидкости в верхней и нижней части колонны:
xср.в=xD+xF2=0,974+0,3882=0,681кмолькмоль смеси;
xср.н=xF+xW2=0,388+0,0122=0,200кмолькмоль смеси.
Средние мольные массы жидкости в колонне:
Мх,ср.в=Mб·хср.в+Мт·1-хср.в=78·0,681+92·1-0,681=82,47кгкмоль;
Мх,ср.н=Mб·хср.н+Мт·1-хср.н=78·0,200+92·1-0,200=89,20кгкмоль.
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий:
уср.в=0,708∙0,681+0,284=0,766кмолькмоль смеси;
уср.н=1,455∙0,200-0,005=0,286кмолькмоль смеси
Средние мольные массы пара в колонне:
Му,ср.в=Mб·yср.в+Мт·1-yср.в=78·0,766+92·1-0,766=81,28кгкмоль;
Му,ср.н=Mб·yср.н+Мт·1-yср.н=78·0,286+92·1-0,286=88,00кгкмоль
Согласно t-х, у – диаграмме (рис