Фазовая диаграмма метанол вода

Содержание

Таблица 8. Равновесие системы метанол-вода.
Расчёт основных размеров колонного аппарата.
1. Диаметр колонны.
2. Высота колонны.
Расчёт тарельчатой ректификационной колонны.
Физические свойства компонентов.

Таблица 8. Равновесие системы метанол-вода.

			Р
0	0.0	100
10	41.8	87.7
20	57.9	81.7
30	66.5	78.0
40	72.9	75.3
50	77.9	73.1
60	82.5	71.2
70	87.0	69.3
80	91.5	67.5
90	95.8	66.0
100	100.0	64.5

По данным таблицы 8 строится диаграмма равновесия (рис.165) и изобара равновесия (рис. 166).

На ось абсцисс наносятся точки: .

Из диаграммы рис.165 определяется или 0,675 (доли).

На изобаре рис.166 определяются температуры:

Рис.165. Диаграмма равновесия системы метанол-вода.

Рис.166. Изобара равновесия системы метанол-вода.

Массовые доли метанола

Теплоёмкость исходной смеси

Плотность пара метанола при

Плотность пара воды при

Параметры греющего пара при Ргр.=0.2 МПа (2 ата):

РАСЧЁТЫ

Материальный баланс.

Флегмовое число.

Минимальное флегмовое число

Для определения оптимального флегмового числа на отрезке диаграммы равновесия (рис.165) намечаем ряд точек: а…д.

Например, точку »г» соединяем с точкой 1 и линию продолжаем дальше для определения отрезка »В» на оси ординат. Зная величину отрезка »В», определяем флегмовое число. Далее точку »г» соединяем с точкой 2. Между линиями (1-»г» и »г»-2) и кривой равновесия определяем число теоретических ступеней изменения концентраций. Аналогичные построения проводятся для других точек. Результаты сводятся в таблицу 9.

Примечание: для точки »г» на рис.165 получается 12-13 ступеней, но при более точном построении (крупный масштаб, миллиметровка) получается 15 ступеней.

Таблица 9. К определению оптимального флегмового числа.

Точки	»а»	»б»	»в»	»г»	»д»
Отрезок »В»	0.42	0.275	0.36	0.48	0.39
	2.32	3.55	2.71	2.03	2.5
R	1.32	2.55	1.71	1.03	1.5
	11	8	10	15	10
	25.52	28.4	27.1	30.45	25

Данные таблицы 9 представлены на рис.167, где по минимуму функции оптимизации определяется оптимальное флегмовое число .

Коэффициент избытка флегмы

Рис.167. Графическое определение оптимального флегмового числа.

Высота колонны.

Для оптимального флегмового числа определяем отрезок »В»

Отрезок »В» наносим на диаграмму У-Х и строим линии рабочих концентраций 1-3-2, как это показано на рис.168.

Рис.168. Диаграмма У-Х для оптимального флегмового числа.

Построением ступенчатой ломаной линии между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций 1-3-2 определяется число теоретических ступеней. Для верхней части колонны =7.

Для нижней части колонны =4.

Для всей колонны =7+4=11.

Принимаем колпачковую тарелку. КПД колпачковой тарелки можно определить по формуле (И.А. Александров. Ректификационные и абсорбционные аппараты, 1971, с.102, ф. II-266)

По этой формуле КПД тарелки в данном случае составит 0.6. На основе опытных данных принимаем КПД тарелки равным 0.5. Тогда число действительных тарелок для верхней и нижней части колонны и общее составит:

Расстояние между тарелками зависит от диаметра колонны (Александров, с.115)

Диаметр колонны, м	0.8	0.8-1.6	1.6-2.0	2.0-2.4	2.4
, мм	200-350	350-400	400-500	500-600	600

Диаметр колонны.

Мольный расход паровой смеси

Объёмный расход паровой смеси для верхней части колонны

То же для нижней части колонны

Скорость паров в колонне определяется по формуле (Павлов, 1981 г., с.313)

Константа »С» зависит от типа тарелки и расстояния между ними. Например, для колпачковой тарелки

, мм	300	350	400	450	500	600
С	0.031	0.036	0.044	0.050	0.056	0.065

В данном случае =0.4 м и С=0.044.

Скорость пара для верхней части колонны

То же для нижней части колонны

Диаметр колонны для нижней части

То же для верхней части

Стандартный ряд диаметров: 0.4; 0.5; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8; 2.0 м.

Принимаем для колонны единый диаметр =1.2 м.

Гидравлическое сопротивление тарелки

где — сопротивление сухой тарелки,

— сопротивление слоя пены на тарелке,

— сопротивление слоя жидкости на тарелке.

Для колпачковой тарелки сопротивление обычно составляет

=687…981 Па.

Принимаем 981 Па, тогда проверка отношения

Общее сопротивление колонны

Тепловой баланс.

Расход тепла на дефлегматор

Расход тепла на кипятильник

Расход греющего пара с учётом 5 % потерь

Расход воды на дефлегматор

Источник

Расчёт основных размеров колонного аппарата.

Расчёт обычно проводится отдельно для верхней и нижней части колонны, или для всей колонны по среднему составу фаз.

1. Диаметр колонны.

(134)

где объемный расход паровой фазы определяется по формуле

(135)

2. Высота колонны.

(136)

Для тарельчатой колонны расчётная высота определяется

(137)

где — расстояние между тарелками, принимается в зависимости от диаметра колонны;

— число действительных тарелок, в наиболее простом варианте определяется

(138)

КПД тарелки принимается на основе опытных данных или рассчитывается по эмпирическим формулам. Например, В.Н. Стабников приводит зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне для системы этанол-вода, что показано на рис. 163.

Рис.163. Зависимость КПД ситчатой тарелки от скорости пара в колонне.

В общем случае и скорость паровой смеси, и КПД тарелки по высоте колонны будут переменны. Поэтому более точно число действительных тарелок определяется на основе кинетического расчёта от тарелки к тарелке с применением ЭВМ.

В насадочной колонне насадка располагается слоями, высотой по 3-4 м каждый. Общая расчётная высота слоя насадки:

(139)