Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей. Ректификация бинарных систем является процессом разделения растворов на один или два практически чистых компонента путем осуществляемого в ректификационной колонне многократного двустороннего масссобмена между движущимися противотоком парами и жидкостью [3].

Физико-химические свойства исходных веществ

Метанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) – (CH3OH), простейший одноатомный спирт, бесцветная ядовитая жидкость, первый представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. Молекулярный вес 32,04. Удельный вес 0,792. Температура кипения +64,7°С.

С воздухом в объёмных концентрациях 6,98 – 35,5 % образует взрывоопасные смеси (температура вспышки 8 °C). Метанол смешивается в любых соотношениях с водой и большинством органических растворителей.

По химическим свойствам метиловый спирт – типичный одноатомный алифатический спирт: сочетает свойства очень слабого основания и еще более слабой кислоты. Горит синеватым пламенем. Подобно этиловому спирту – сильный растворитель, вследствие чего во многих случаях может заменять этиловый спирт.

Метанол (в отличие от этанола) с водой не образует азеотропной смеси, в результате чего смеси вода-метанол могут быть разделены ректификационной перегонкой.

Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь, часто в просторечии просто «спирт») – одноатомный спирт (C2H5OH; C2H6O; CH3-CH2-OH), второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов. При стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная  прозрачная  жидкость. Температура плавления –114.15°С, температура кипения 78,39°С, плотность 0,7893 г/смі. Молярная масса  46,069 г/моль.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Этанол смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином. Образует азеотропные смеси с водой, бензолом, гексаном, толуолом, этилацетатом, а также тройные азеотропные смеси [6].

2 Специальная часть

2.1 Описание технологической схемы установки

Исходную смесь  из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси, процесс показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Принципиальная схема ректификационной установки:

1- емкость для исходной смеси; 2, 9 - насосы; 3 - теплообменник – подогреватель;  4 - кипятильник; 5 - ректификационная колонна; 6 - дефлегматор; 7 - холодильник дистиллята; 8 - емкость для сбора дистиллята; 10 - холодильник кубовой жидкости; 11 - емкость для кубовой жидкости

Стекая  вниз  по  колонне, жидкость  взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при  кипении  кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, то есть обделен легколетучим компонентом. В  результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава,  получаемой  в  дефлегматоре  6  путем конденсации  пара, выходящего из  колонны. Часть конденсата  выводится из дефлегматора  в  виде готового  продукта разделения – дистиллята, который охлаждается  в  теплообменнике 7 и  направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной  смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом) [1].


Расчет материального баланса колонны

Найдем производительность колоны по дистилляту и по кубовому остатку, на основании уравнений материального баланса

       

(1)

       

где содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Решим систему уравнений

       Выразим концентрацию питания

(2)

Выразим концентрацию дистиллята

(3)

Найдем концентрацию кубового остатка

(4)

Найдем относительный мольный расход питания

(5)

Таблица 1 – Равновесные составы жидкости и пара в мол. % и температуры кипения в 0С бинарной смеси метиловый спирт – этиловый спирт при 760 мм рт. ст.

X

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Y

0

7,4

14,3

27,1

39,6

51,5

62,6

72,3

79,8

86,6

93,2

100

T

78,3

77,2

76,5

75

73,6

72,2

70,8

69,4

68,2

66,9

65,9

64,9

Кривая равновесия представлена в

Определим минимальное число флегмы

(6)

где  = 0,545 – мольная доля метилового спирта в паре, равновесном с жидкостью питания, определяем по диаграмме y*– x по

Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Его находим по следующему уравнению:

(7)

Найдем уравнение рабочих линий для верхней (укрепляющей) части колонны по следующему уравнению:

(8)

Найдем уравнение для рабочих линий для нижней (исчерпывающей) части колонны по следующему уравнению:

(9)

2.3 Определение скорости пара и диаметра колонны

Определим среднюю концентрацию жидкости в верхней части колонны

(10)

Определим среднюю концентрацию жидкости в нижней части колонны

(11)

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5