Рассчитать и запроектировать ректификационную колонну для разделения смеси бензол-толуол. Расход сырьевой смеси 12 т/ч. Температура 20 °С. Давление 1,0 атм. Содержание легколетучего компонента в исходной смеси – 32 %, в дистилляте – 91 %, в кубовом

Для проектирования ректификационной колонны для разделения смеси бензол-толуол, необходимо выполнить несколько шагов. Давайте рассмотрим процесс поэта...

- : 32% бензол и 68% толуол. - : 12 т/ч. - : 20 °С. - : 1,0 атм. - : 91% бензол. - : 4% бензол. 1. : - Содержание бензола в дистилляте: 91%. - Содержание толуола в дистилляте: 9%. - Содержание бензола в кубовом остатке: 4%. - Содержание толуола в кубовом остатке: 96%. Обозначим: - \( F \) - общий расход сырьевой смеси = 12 т/ч. - \( D \) - расход дистиллята. - \( B \) - расход кубового остатка. Согласно балансу массы для бензола: \[ 0.32F = 0.91D + 0.04B \] Согласно балансу массы для толуола: \[ 0.68F = 0.09D + 0.96B \] Подставим значение \( F = 12 \) т/ч в уравнения: 1. Для бензола: \[ 0.32 \cdot 12 = 0.91D + 0.04B \implies 3.84 = 0.91D + 0.04B \quad (1) \] 2. Для толуола: \[ 0.68 \cdot 12 = 0.09D + 0.96B \implies 8.16 = 0.09D + 0.96B \quad (2) \] Теперь решим систему уравнений (1) и (2). Из уравнения (1): \[ B = \frac{3.84 - 0.91D}{0.04} \quad (3) \] Подставим (3) в (2): \[ 8.16 = 0.09D + 0.96\left(\frac{3.84 - 0.91D}{0.04}\right) \] Упростим уравнение: \[ 8.16 = 0.09D + 24 \cdot (3.84 - 0.91D) \] \[ 8.16 = 0.09D + 92.16 - 21.84D \] \[ 8.16 - 92.16 = -21.75D \] \[ -84 = -21.75D \implies D = \frac{84}{21.75} \approx 3.86 \text{ т/ч} \] Теперь подставим значение \( D \) в (3) для нахождения \( B \): \[ B = \frac{3.84 - 0.91 \cdot 3.86}{0.04} \approx \frac{3.84 - 3.51}{0.04} \approx \frac{0.33}{0.04} \approx 8.25 \text{ т/ч} \] Проверим, что сумма потоков равна исходному потоку: \[ D + B = 3.86 + 8.25 = 12.11 \text{ т/ч} \quad (\text{погрешность может быть из-за округления}) \] Теперь, когда мы знаем потоки, можно перейти к расчету параметров колонны. Для этого нам нужно знать: - Количество теоретических тарелок. - Высоту колонны. - Диаметр колонны. Для этого используются методы, такие как метод McCabe-Thiele или метод фракционирования. Для расчета количества теоретических тарелок можно использовать диаграмму состояния или метод McCabe-Thiele. Для этого нужны данные о парциальных давлениях компонентов и их температурных зависимостях. Проектирование ректификационной колонны требует детального анализа и расчетов. Мы получили основные потоки, которые будут использоваться для дальнейших расчетов. Для окончательного проектирования необходимо провести дополнительные расчеты, включая выбор типа колонны, расчет высоты и диаметра, а также выбор теплообменников и других компонентов системы.