Расчет ректификационной колонны для разделения бинарной смеси бензолтолуол (стр. 2 из 8)
Рисунок 2 – X'-Y' диаграмма
Рисунок 3 - Изобара
3.2 Расчет однократного испарения бинарной смеси
Рассмотрим процесс однократного испарения (ОИ) двухкомпонентной смеси.
Рисунок 4 – Схема однократного испарения
Материальный баланс процесса однократного испарения может быть представлен уравнениями:
общее: F = GF + gF, (6)
для низкокипящего компонента:
F· x'F = GF · y*F + gF · x*F, (7)
где GF и gF – расходы пара и жидкости;
x*F и y*F – мольные доли низкокипящего компонента в равновесных жидкой и паровой фазах, полученных в результате однократного испарения сырья на входе в колонну.
Отношение массы образовавшихся паров G к массе исходной смеси F называется массовой долей отгона и обозначается через е. Отношение G' к F' есть мольная доля отгона, обозначаемая через е'.
Совместное решение уравнений (6) и (7) дает уравнение материального баланса ОИ в мольных единицах:
x'F = e' · y*F + (1 – e') · x*F, (8)
Если в уравнении (8) y*F=0, то x'F = (1 – e') · x*F, откуда
Отложим на x'-у'-диаграмме точку А по величине
Если
=> 
. Точка N, чья абсцисса соответствует величине 
, лежит на диагонали x'-у'-диаграммы. Соединив точки А и N, мы получим линию Однократного Испарения – ANF. По координатам точки F определим мольные доли низкокипящего компонента в жидкости и в паре, полученные в результате ОИ, т.е. 
и 
.Проверим, правильно ли мы нашли
, 
. Для чего по формуле (8) найдем е, подставив полученные координаты и сравним полученную долю отгона с долей отгона данной в задании. 
Имеем 0,58=0,58.
, . найдены верно.Отложив на изобаре мольные доли
и ., на линии жидкости получим расход жидкости gF, на линии пара – расход пара GF. Нода gF GF должна быть параллельна оси абсцисс. Точка F находится на ноде, причем ее абсцисса соответствует величине 
. По ноде определим температуру сырья tF=107,2 °С. 
Таким образом, в результате ОИ мы рассчитали состав равновесных фаз сырья, поступающего в колонну, и определили температуру сырья.
Энтальпийная диаграмма
Величины энтальпии для различных веществ в жидком и газообразном состоянии могут быть взяты из справочника или рассчитаны по эмпирическим зависимостям от температуры t и плотности
вещества. 
где
и 
- энтальпии компонентов соответственно в жидкой и паровой фазах;М – молекулярная масса.
t1 = 90,167 °С
t2 = 96,441 °С
t3 = 102,715 °С
t4 = 108,989 °С
t5 = 115,263 °С
t6 = 121,537 °С
Результаты расчета энтальпий приведены в таблице 3.
Энтальпийная диаграмма в координатах «содержание низкокипящего компонента в жидкой и паровой фазах – энтальпия жидкой и паровой фаз» включает линию (кривую) энтальпии кипящей жидкости и линию энтальпии равновесных паров. Отрезки линий, соединяющих точки энтальпий равновесных фаз, называются конодами. Крайние коноды соответствуют чистым компонентам, они занимают вертикальное положение, остальные коноды располагаются под разными углами к оси абсцисс.
Энтальпии жидкой и паровой фаз рассчитываются по закону аддитивности:
для жидкой фазы
для насыщенных паров
t1 = 90,167 °С
t2 = 96,441 °С
t3 = 102,715 °С
t4 = 108,989 °С
t5 = 115,263 °С
t6 = 121,537 °С
Таблица 3 – Результаты расчета энтальпий в жидкой и паровой фазах
| t, °С | hБ, ккал/кмоль | hТ, ккал/кмоль | HБ, ккал/кмоль | HТ, ккал/кмоль | h, ккал/кмоль | H, ккал/кмоль |
| 90,2 | 3297,054 | 3915,878 | 9133,842 | 10841,34 | 3297,054 | 9133,842 |
| 96,4 | 3546,85 | 4212,559 | 9340,218 | 11085,7 | 3729,376 | 9572,867 |
| 102,7 | 3799,299 | 4512,39 | 9549,277 | 11333,24 | 4157,785 | 10076,93 |
| 109,0 | 4054,401 | 4815,372 | 9761,019 | 11583,96 | 4583,454 | 10656,92 |
| 115,3 | 4312,155 | 5121,504 | 9975,445 | 11837,85 | 5007,463 | 11325,04 |
| 121,5 | 4572,561 | 5430,786 | 10192,55 | 12094,92 | 5430,786 | 12094,92 |
Из результатов расчета видно, что с ростом температуры растут значения энтальпий каждого из компонентов и смеси как в жидкой, так и в паровой фазах.