Wojciech Piątkowski

Wykład IV

DESTYLACJA I REKTYFIKACJA

zadania

Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej

Wydział Chemiczny, Politechnika Rzeszowska

P o l i t e c h n i k a

R

z e s z

o

w s k a

i m. I g n a c e g o Ł u k a s i e w i c z a

W y

d

z

i

a

ł C

h

e

m

i

c

z

n

y

W kolumnie rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym
poddano rozdziałowi mieszaninę benzen-toluen.
Surówka w ilości 3.33 kg/s zawiera 50% mas.
składnika bardziej lotnego i dopływa do kolumny
jako:

a) ciecz wrząca,
b) para nasycona

c) ciecz zimna o temp. 30

o

C

d) para mokra – mieszanina ¾ pary nasyconej i ¼

cieczy wrzacej.

Należy otrzymać destylat o stężeniu 96% mas. oraz
ciecz wyczerpaną o stężeniu 3% mas. składnika
bardziej lotnego. Obliczyć potrzebną ilość półek
teoretycznych oraz nr półki zasilanej.

Przeliczenie przepływów masowych na molowe

oraz odpowiednio ułamków:

(

)

1

A

B

A

A

B

A

A

u M

x

u M

u M

=

+ -

x

AS

= 0.55

x

AD

= 0.97

x

AW

= 0.035

AS

AD

Aw

S

D

W

S u

D u

W u

=

+

�

�

=

+

�

D = 1.835 kg/s
W = 1.495 kg/s

'
'

AS

AD

Aw

S

D

W

S x

D x

W x

=

+

�

�

=

+

�

D = 0.0216 kmol/s
W = 0.0174 kmol/s

'

0.021 0.018 0.039[kmol/s]

A

A

A

B

A

B

m

u

m S

m

m

S

M

M

� =

�

�

�

�

� =

+

=

+

=

�

�

u

AS

= 0.5

u

AD

= 0.96

u

AS

= 0.03

Linia operacyjna kolumny wzmacniającej przechodzi przez punkt

A

:

Linia operacyjna kolumny odpędowej przechodzi przez punkt

B

:

Linia surówki przechodzi przez punkt

F

:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

B

F

A

Kroki postępowania:

1. Wrysować stężenia na osi

x

2. Wyznaczyć położenie punktów:

A;B;F

na przekątnej kwadratu

Linia surówki:

1

q

tg

q

g =

-

c)

Surówka dopływa jako ciecz zimna o

t =

30

o

C

:

i

s

< i’  q > 1  tg > 1  45

o

<  < 90

o

i

s

= [ x

AS

C

pA

+ (1- x

A

) C

pB

] t

S

[J/kmol]

i’

= [ x

AS

C

pA

+ (1- x

A

) C

pB

] t

wrz

i’’

= i’

+ r

t

wrz

= 91.4

o

C – tabl. V-9

i

s

= [0.55*148 320 + 0.45* 152 260] * 30 = 2 447.28

+ 2 055.50 = 4502.78 [kJ/kmol]

i

’

= [0.55*148 320 + 0.45* 152 260] * 91.4 = 7

456.05 + 6 262.42= 13 718.47 [kJ/kmol]

2

1

i i

i

i

r

y r M

=

=

�

tabl. I-29
r = 0.55 * 78*39.44*10

4

+

0.45*92*36.22*10

4

=

16 919.76 + 14 995.08 = 31 914.84
[kJ/kmol]

i

’’

= 13 718.47 + 31 914.84 = 45

663.31[kJ/kmol]

45663.31 4502.78

1.288

45663.31 13718.47

q

-

=

=

-

1.288

4.472

1 1.288 1

q

tg

q

g =

=

=

-

-

  = 77.4

o

1

1

;

1

1

1

A

A

As

q

As

q

y

x

x

b

x

q

q

q

=

-

=

-

-

-

b

q

= 0.55/(1.288 – 1) =

1.91

Kroki postępowania c.d.:

3. Wyznaczyć przebieg prostej

„q”

na wykresie:

z wartości odciętej

b

q

lub z kąta nachylenie tej

prostej



4. Wyznaczyć współrzędne punktu

P

min

, obliczyć

wartość

R

min

, obliczyć wartość

R

rz

, obliczyć

wartość

b

nanieść

tę wartość na oś „

y

”,

wyznaczyć położenie punktu

P

5. Poprowadzić górną linię operacyjną w położeniu

„rzeczywistym” przez punkty

A

i

P,

6. Poprowadzić dolną linię operacyjną w położeniu

„rzeczywistym” przez punkty

B

i

P,

7. Wyznaczyć współrzędne punktu

P

,

8. Wstawić współrzędne punktów do równania

dolnej linii operacyjnej

B

i

P

i rozwiązując

układ 2 równań o 2 niewiadomych wyznaczyć
parametry tej prostej.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

B

F

A

P

min

*

min

min

*

min

min

AD

AP

AP

AP

x

y

R

y

x

-

=

-

R

min

= 0.85

R

rz

= z*R

min

Zał. R

rz

= 2

1

1

0.97 0.32

1

2 1

AD

b

x

R

=

=

=

+

+

przebieg
linii operacyjnej
kolumny wzmacniającej:

{

b

P

Kroki postępowania c.d.:

9. Wyznaczyć ilość stopni teoretycznych metodą

MacCabe-Thiele zgodnie z procedurą na
następnym przeźroczu

10.Wyznaczyć numer półki zasilanej
11.Obliczyć ilość półek teoretycznych metodą

Sorela „z półki na półkę” według zasad
pokazanych na wykładzie oraz przy
rozwiązywaniu punktów a) i b) zadania

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

B

F

A

P

min

Metoda Mc Cabe-
Thiele

P

n

t

=

11

n

zas

= 5

Linia surówki:

d)

Surówka dopływa jako para mokra

:

i’ < i

s

< i’’  0 < q < 1 tg  = < 0  90

o

<  < 180

o

i

’

= 13 718.47

[kJ/kmol]

i

’’

= 45

663.31[kJ/kmol]

i

s

= 0.75* i

’’

+ 0.25* i

’

= 0.75* 45 663.31 + 0.25* 13

718.47 =
37 667.1 [kJ/kmol]

45663.31 37667.1

0.25

45663.31 13718.47

q

-

=

=

-

0.25

0.25

0.333

1 0.25 1

0.75

q

tg

q

g =

=

=

=-

-

-

-

  = 161.6

o

b

q

= 0.55/(– 0.333 – 1) = –

1.883

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

B

F

A

P

min

*

min

min

*

min

min

AD

AP

AP

AP

x

y

R

y

x

-

=

-

R

min

= 1.46

R

rz

= z*R

min

Zał. R

rz

= 2

1

1

0.97 0.32

1

2 1

AD

b

x

R

=

=

=

+

+

przebieg
linii operacyjnej
kolumny wzmacniającej:

{

b

P

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

B

F

A

P

min

P

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

n

t

=

13

n

zas

= 7

W kolumnie rektyfikacyjnej o działaniu okresowym
poddano rozdziałowi mieszaninę benzen-toluen.
Surówka w ilości 333 kg zawiera 50% mas.
składnika bardziej lotnego
Należy otrzymać destylat o stężeniu 96% mas.
oraz ciecz wyczerpaną o stężeniu 3% mas.
składnika bardziej lotnego. Przyjąć liczbę powrotu
R = 2 R

min

. Obliczyć potrzebną ilość półek

teoretycznych na początku oraz na końcu procesu.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

P

kmin

P

pmin

A

*

min

min

*

min

min

AD

AP

AP

AP

x

y

R

y

x

-

=

-

R

minp

= 0.91

R

rzp

= z*R

min

=

1.82

R

mink

= 13.38

R

rzk

= z*R

min

=

26.77

b

p

b

k

b

p

=

0.34

b

k

=

0.035

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

A

b

p

b

k

n

tp

=

5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

y

A

[%

m

ol

]

x

A

[% mol.]

x

AS

x

AD

x

AW

A

b

k

n

tk

=

8