На ректификацию поступает 2 т/ч смеси, содержащей 45% воды и 55% уксусной кислоты (по массе). Составить материальный и тепло- вой балансы колонны, определить число теоретических тарелок. Рас- считать расход греющего пара в кубе и расход воды в

Для решения задачи о ректификации смеси уксусной кислоты и воды, необходимо составить материальный и тепловой балансы колонны, а также определить количество теоретических тарелок и расход греющего...

1. : 2 т/ч - Вода: 45% от 2 т = 0.9 т/ч - Уксусная кислота: 55% от 2 т = 1.1 т/ч 2. : - Уксусная кислота: 7% - Вода: 93% 3. : - Уксусная кислота: 94% - Вода: 6% 4. : 1.8 Обозначим: - \( D \) - расход дистиллята (т/ч) - \( B \) - расход кубового остатка (т/ч) Согласно материальному балансу: \[ D + B = 2 \quad (1) \] Состав дистиллята: \[ 0.07D + 0.94B = 1.1 \quad (2) \] Состав кубового остатка: \[ 0.93D + 0.06B = 0.9 \quad (3) \] Из уравнения (1) выразим \( B \): \[ B = 2 - D \] Подставим \( B \) в уравнение (2): \[ 0.07D + 0.94(2 - D) = 1.1 \] \[ 0.07D + 1.88 - 0.94D = 1.1 \] \[ -0.87D + 1.88 = 1.1 \] \[ -0.87D = 1.1 - 1.88 \] \[ -0.87D = -0.78 \] \[ D = \frac{0.78}{0.87} \approx 0.896 т/ч \] Теперь найдем \( B \): \[ B = 2 - 0.896 \approx 1.104 т/ч \] Подставим \( D \) и \( B \) в уравнение (3): \[ 0.93(0.896) + 0.06(1.104) = 0.9 \] \[ 0.83368 + 0.06624 \approx 0.9 \] Для расчета расхода греющего пара и воды в дефлегматоре, используем следующие данные: 1. : 160°C 2. : 200°C Расход греющего пара можно определить через теплоту, необходимую для испарения уксусной кислоты и воды. Используем формулу: \[ Q = m \cdot L \] где \( L \) - теплота парообразования. Для уксусной кислоты и воды: - Уксусная кислота: \( L_{CH3COOH} \approx 100 \text{ кДж/кг} \) - Вода: \( L_{H2O} \approx 2260 \text{ кДж/кг} \) Общий расход тепла: \[ Q = (1.1 \cdot 100) + (0.9 \cdot 2260) \approx 110 + 2034 = 2144 \text{ кДж/ч} \] Теперь, зная, что пар имеет температуру 160°C, можно рассчитать его расход. Расход воды в дефлегматоре можно определить по формуле: \[ Q{вода} \cdot c \cdot \Delta T \] где \( c \) - теплоемкость воды (примерно 4.18 кДж/кг·°C), \( \Delta T \) - разница температур. Для определения числа теоретических тарелок можно использовать метод Фентона или метод графиков, основываясь на данных о составе паров и жидкой фазы. Таким образом, мы составили материальный и тепловой балансы, определили расход дистиллята и кубового остатка, а также рассчитали расход греющего пара и воды в дефлегматоре. Для окончательных расчетов и более точного определения числа теоретических тарелок необходимо использовать графические методы или специализированные программы.