3. Технологическая схема процесса ректификации

Исходную смесь этилацетат - толуол 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, где состав жидкости равен составу исходной смеси х_f .

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 х_w, т.е. обеднен легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х_р, 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.

Технологическая 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.

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 равновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента – этилацетата) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом – толуолом).

4. Физико-химические свойства разделяемой смеси

Молярная масса этилацетата М_НК = 88,105 кг/кмоль

Молярная масса толуола М_ВК = 92,141 кг/кмоль

Молярная масса дистиллята М_Р = 88,298 кг/кмоль

Молярная масса исходной смеси М_F = 91,304 кг/кмоль

Молярная масса кубового остатка М_W = 92,095 кг/кмоль

Молярная масса смеси в верхней части колонны М_В = 89,800 кг/кмоль

Молярная масса смеси в нижней части колонны М_Н = 91,700 кг/кмоль

Молярная масса паров смеси в верхней части колонны

М_В = 89,4700 кг/кмоль

Молярная масса паров смеси в нижней части колонны

М_Н = 91,3700 кг/кмоль

Мольная доля легколетучего компонента в исходной смеси

Х_F = 0,2070 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в дистилляте

Х_Р = 0,9520 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в кубовом остатке

Х_W = 0,0115 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в смеси в верхней части колонны Х_В = 0,5795 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в смеси в нижней части колонны Х_Н = 0,1093 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в паровой смеси в верхней части колонны У_В = 0,6610 мол. доли

Мольная доля легколетучего компонента в паровой смеси в нижней части колонны У_Н = 0,1910 мол. доли

Массовая доля легколетучего компонента в верхней части колонны

= 0,5750 масс. доли

Массовая доля легколетучего компонента в нижней части колонны

= 0,1055 масс. доли

Плотность жидкой смеси в верхней части колонны _ХВ = 807,76 кг/м³

Плотность жидкой смеси в нижней части колонны _ХН = 785,88 кг/м³

Плотность паровой смеси в верхней части колонны _УВ = 3,02 кг/м³

Плотность паровой смеси в нижней части колонны _УН = 2,95 кг/м³

Плотность жидкой смеси в верхней части колонны при температуре 20С _ХВ²⁰ = 886,03 кг/м³

Плотность жидкой смеси в нижней части колонны при температуре 20С _ХН²⁰ = 870,28 кг/м³

Динамическая вязкость жидкой смеси при температуре верха колонны _ХВ = 0,258000 мПас

Динамическая вязкость жидкой смеси при температуре низа колонны

_ХН = 0,253000 мПас

Динамическая вязкость паров смеси при температуре верха колонны

_УВ = 0,008965 мПас

Динамическая вязкость паров смеси при температуре низа колонны

_УН = 0,009120 мПас

Вязкость жидкой смеси в верхней части колонны при температуре 20С

_ХВ²⁰ = 0,5070 мПас

Вязкость жидкой смеси в нижней части колонны при температуре 20С

_ХН²⁰ = 0,5687 мПас

Мольный объем этилацетата при нормальной температуре кипения

_НК = 106,0 см³/моль

Мольный объем толуола при нормальной температуре кипения

_ВК = 118,2 см³/моль

Данные для подогревателя исходной смеси:

Температура кипения исходной смеси t_F = 98,35 ºС

Средняя температура исходной смеси в подогревателе t= 59,18С

Теплоемкость исходной смеси с_F = 1861,33 Дж/(кгК)

Плотность  = 834,21 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,363 мПас

Теплопроводность  = 0,126 Вт/(мК)

Данные для кипятильника кубовой жидкости:

Температура кипения кубового остатка t_W = 109,63 ºС

Теплоемкость кубового остатка с_W = 2009,6 Дж/(кгК)

Теплота испарения кубового остатка r_W = 364,1 кДж/кг

Плотность  = 779,84 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,249 мПас

Поверхностное натяжение  = 18,42 мДж/м²

Теплопроводность  = 0,112 Вт/(мК)

Плотность пара  = 2,929 кг/м³

Данные для теплагента (водяного пара) для кипятильника и подогревателя:

Давление греющего пара Р = 3 ата

Удельная теплота парообразования r = 2171 кДж/кг

Динамическая вязкость  = 0,2086 мПас

Плотность  = 932,1 кг/м³

Теплопроводность  = 0,6833 Вт/(мК)

Температура пара t = 132,9 ^oC

Теплоёмкость c = 4268 Дж/(кгК)

Данные для дефлегматора:

Температура кипения дистиллята t_Р = 77,85 ºС

Теплоемкость дистиллята с_Р = 2091,5 Дж/(кгК)

Теплота испарения дистиллята r_D = 362,85 кДж/кг

Плотность  = 826,62 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,254 мПас

Теплопроводность  = 0,127 Вт/(мК)

Плотность пара  = 3,07 кг/м³

Данные для холодильника дистиллята:

Средняя температура дистиллята в холодильнике t = 53,93С

Теплоемкость с_Р = 2005,5 Дж/(кгК)

Плотность  = 857,3 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,316 мПас

Теплопроводность  = 0,134 Вт/(мК)

Данные для холодильника кубовой жидкости:

Средняя температура кубового остатка в холодильнике t = 69,80С

Теплоемкость с_w = 1856,5 Дж/(кгК)

Плотность  = 819,9 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,347 мПас

Теплопроводность  = 0,122 Вт/(мК)

Данные для хладагента (воды) в дефлегматоре и холодильниках:

Средняя температура t = 25С

Теплоемкость с = 4179,5 Дж/(кгК)

Плотность  = 997,0 кг/м³

Динамическая вязкость  = 0,891 мПас

Теплопроводность  = 0,6059 Вт/(мК)