2. Технологический расчёт

2 1. Тепловой расчет

2.1.1 Определение температур холодного теплоносителя.

В рассматриваемом случае холодным теплоносителем является смесь уксусной кислоты и воды, которая при температуре кипения поступает в испаритель из ректификационной колонны. Поэтому при определении температуры смеси на входе в испаритель задача сводится к определению температуры низа ректификационной колонны.

Эту температуру определяют по уравнению изотермы жидкой фазы методом последовательных приближений. Для ускорения расчета можно использовать графическую интерполяцию.

где х_i’ – мольная доля i-компонента в смеси;

– константа фазового равновесия i-компонента;

P_i – давление насыщенного пара i-компонента;

P – давление в испарителе.

По условию состав смеси задан в % масс. Произведем перерасчет состава смеси в мольные доли по уравнению

где х₁ и х₂ - массовые доли уксусной кислоты и воды в смеси;

М₁=60; М₂=18 - их мольные массы.

Зададимся рядом значений температур в области температуры кипения чистой воды при 1200 мм.рт.мт. (поскольку смесь состоит в основном из воды): 100; 110; 120 С. Для этих температур давления насыщенных паров составят

соответственно: для уксусной кислоты 417, 581, 794 мм.рт.ст.; для воды 760, 1075, 1489 мм.рт.ст. [1, с 820].

Рассчитываем

100 С:

110 С:

120 С:

С

троим график (Рис. 1.1)

t₁, C

t₁

Рис 2.1. График зависимости от температуры

Из построения при температура смеси на входе в испаритель t₁ равна 113 °С.

Температуры потоков смеси и их составы на выходе из испарителя определяются по уравнениям:

(1.1)

где x_0i’ – мольная доля i-компонента в жидком потоке, покидающем испаритель;

у_0i’ – мольная доля i-компонента в отгоне;

е'=0,4 – мольная доля отгона (мольная доля образовавшихся паров в результате однократного испарения смеси в аппарате).

Уравнение (1.1) решается методом последовательного приближения, и для ускорения решения также воспользуемся графической интерполяцией.

Зададимся рядом значений температур (в области ожидаемой температуры): 100, 110, 120 °С. Для этих температур давления насыщенных паров приведены выше

Рассчитываем

100 °С:

110 °С:

120 °С:

Строим график (Рис. 1.2)

t₁, C

Рис. 2.2 График зависимости от температуры

Из построения при температуры потоков смеси на выходе из испарителя t₂ равны 110,2 С.

Определим равновесные составы x_0i’ и у_0i’ образовавшихся жидкой и паровой фаз при температуре однократного испарения 120°С.

При этой температуре давления насыщенных паров уксусной кислоты и воды соответственно равны 581 мм.рт.ст. и 1075 мм.рт.ст. [1, с. 820].

Для последующих расчетов выразим составы потоков, уходящих из испарителя, в массовых долях и определим их количества. Для этого также пересчитаем мольную долю отгона е' в массовую е.

Массовая доля отгона паров находится по соотношению

,

Где М_у и М_х – средние мольные доли массы паровой фазы и смеси, входящей в испаритель.

Количество поступающей флегмы в испаритель Y₁ = 14200 кг/час = 3,94 кг/с. Количество жидкой фазы, уходящей из испарителя

Y₂ = (l – e)Y₁ =(1 – 0,393) 3,94 = 2,39 кг/с.

Количество паровой фазы уходящей из испарителя

Y₃ = eY₁ = 0,3933,94 = 1,55 кг/с.