Dr inż. Wojciech Skrzypiński Inżynieria Chemiczna - ćwiczenia zestaw 8 2009/2010

1. Mieszanina alkoholu etylowego i wody w ilości 500 kmol/h jest dostarczana do kolumny rektyfikacyjnej w stanie cieczy wrzącej. Równanie linii operacyjnej górnej części kolumny ma postać:
   . Podać równanie linii operacyjnej dolnej części kolumny oraz skład cieczy wyczerpanej, jeśli rzędna punktu przecięcia obu linii operacyjnych wynosi 0,435, a strumień destylatu odbieranego z kolumny wynosi 100 kmol/h. Przyjmując, że współczynnik względnej lotności w tym układzie jest stały i wynosi 2,55 wyznaczyć graficznie minimalną liczbę półek teoretycznych oraz liczbę półek teoretycznych koniecznych do wykonania tego procesu.

Odp: x_W = 0,098, y=2,08*x-0,10637, n_t=9,41-1=8,41, n_tmin=4,86-1=3,86

2. Strumień 24 kmol/h wrzącego roztworu dwuskładnikowego o stężeniu x_S = 25% molowych składnika lotniejszego dopływa do kolumny rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym. Równanie linii operacyjnej górnej części kolumny ma postać: y = 0,76⋅x+0,19. Strumień oparów wpływających do skraplacza wynosi V = 26 kmol/h. Rzeczywisty stosunek orosienia jest dwukrotnie większy od wartości minimalnej. Obliczyć: a) współczynnik względnej lotności dla surowca, b) składy i strumienie destylatu oraz cieczy wyczerpanej.

Odp.:
, D = 6,24 kmol/h, x_D = 0,792, W = 17,76 kmol/h, x_W = 0,060.

3. Do kolumny rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym wyposażonej w wyparkę i skraplacz zupełny dopływa wrzący surowiec dwuskładnikowy z natężeniem 100 kmol/h. Równania linii operacyjnych obu części kolumny wyrażone są za pomocą równań:, . Rzeczywisty stosunek orosienia w kolumnie jest 2,7 razy większy od wartości minimalnej. Entalpia par wchodzących ze szczytu kolumny do skraplacza, entalpia destylatu, surowca i cieczy wyczerpanej wynoszą odpowiednio: i_V = 5,73⋅10⁴ kJ/kmol, i_D = 2,55⋅10⁴ kJ/kmol, i_S = 2,97⋅10⁴ kJ/kmol, i_W = 3,43⋅10⁴ kJ/kmol. Obliczyć natężenie przepływu wody chłodzącej w skraplaczu przy założeniu, że ogrzewa się ona o 10^oC, a także natężenie przepływu pary grzejnej w wyparce, jeśli ciepło skraplania pary wodnej wynosi 2190 kJ/kg.

Odp:
40 kg/s = 1,44E+05 kg/h,
0,765 kg/s, 2,76E+03kg/h

4. W kolumnie rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym, pracującym pod ciśnieniem atmosferycznym rozdziela się wrzącą mieszaninę benzenu i toluenu. Równanie linii operacyjnej górnej części kolumny ma postać:. Destylat odbierany jest z kolumny z wydajnością 50 kmol/h. Pole powierzchni grzejnej wyparki wynosi 25 m². Współczynnik przenikania ciepła w wyparce wynosi k = 1100 W/(m²⋅K). Ciśnienie pary grzejnej wynosi 3040 hPa. Obliczyć ilość par wypływających ze szczytu kolumny do skraplacza oraz strumień masy pary grzejnej doprowadzanej do wyparki przy założeniu, że ciecz wyczerpana jest praktycznie czystym toluenem

Odp: V = 68,47 kmol/h = 0,0190 kmol/s,
0,292 kg/s=1051 kg/h

Do zadania 1

D=

100

kmol/h

D=

0,027778

kmol/s

S=	500		kmol/h
S=	0,138889		kmol/s
Równanie linii operacyjnej górnej części kolumny
y=0,730*x+0,245
R/(R+1)=		0,73
xD/(R+1)=		0,245

yS=		0,435
alfa=	2,55

R/(R+1)=	0,73	stąd	R=	2,704
xD/(R+1)=	0,245	stąd	xD=	0,907

Z bilansu :
W=	400	kmol/h
W=	0,111111	kmol/s

Z bilansu składnika:
xW=	0,098

Równanie linii operacyjnej dolnej części kolumny
Rkreska=	Lkreska/W
	Lkreska=	L+SL=L+S
	L=R*D	270,3704	kmol/h
	L=R*D	0,075103	kmol/s
	Lkreska=	770,3704	kmol/h
	Lkreska=	0,213992	kmol/s
	Rkreska=	1,925926
	(Rkreska/(Rkreska-1))=			2,08
	(xW/(Rkreska-1))=			0,10637

Równanie linii operacyjnej dolnej części kolumny

y=2,08*x-0,10637

nt=9,41-1=8,41

ntmin=4,86-1=3,86

Do zadania 2

S=	24	kmol/h
	0,006667	kmol/s
xS=	0,25
y=0,76+0,19
V=	26	kmol/h
	0,007222	kmol/s
R=2*Rmin
Obliczyć składy i strumienie
Obliczyć alfa dla surowca
R/(R+1)=	0,76	stąd	R=	3,166667
xD/(R+1)=	0,19	stąd	xD=	0,791667
V=D*(R+1)		stąd	D=	6,24	kmol/h
				0,001733	kmol/s
S*xS=D*xD+(S-D)*xW
		stąd	xW=	0,059685
S=D+W		stąd	W=	17,76	kmol/h
				0,004933	kmol/s
Rmin=(xD-yS^gw)/(y^Sgw-xS)
R=2*Rmin		stąd	Rmin=	1,583333
yS^gw=((xD+Rmin*xS)/(Rmin+1))			yS^gw=	0,459677
alfaS=yS^gw*(1-xS)/[xS*(1-yS^gw)]			alfaS=	2,552239

Do zadania 3

S=	100	kmol/h
	0,027778	kmol/s
y=0,723*x+0,263
y=1,25*x-0,0188
R=2,7*Rmin
iV=	5,73E+04	kJ/kmol
iD=	2,55E+04	kJ/kmol
iS=	2,97E+04	kJ/kmol
iW=	3,43E+04	kJ/kmol
m kropka H2O=		?
delta tH2O=		10	K
m kropka pary=		?
rpary=		2190	kJ/kg
R/(R+1)=	0,723	stąd	R=	2,610
xD=(R+1)=	0,263	stąd	xD=	0,949
Rkreska/(Rkreska-1)=	1,25	stąd	Rkreska=	5
xW/(Rkreska-1)=	0,0188	stąd	xW=	0,0752
Z przecięcia linii oparacyjnych
0,723*xS+0,263=1,25*xS-0,0188			xS=	0,534725
Z bilansu składnika
D=S*(xD-xW)/(xS-xW)			D=	52,56167	kmol/h
				0,0146	kmol/s
			W=	47,43833	kmol/h
Bilans cieplny				0,013177	kmol/s
s*iS+Qwyp=D*iD+W*iW+Qskr
Qskr=V*rV=D*(R+1)*(iV-iD)			Qskr=	1,68E+03	kW
S*iS=	8,25E+02
D*iD+W*iW=	8,24E+02
Zatem Qskr=Qwyp
Zużycie wody
Qskr=mH2O*cpH2O*deltaTH2O			mH2O=	4,00E+01	kg/s
				1,44E+05	kg/h
Zużycie pary
Qwyp=mpary*rpary			mpary=	7,65E-01	kg/s
				2,76E+03	kg/h

Do zadania 4

y=0,732*x+0,265
D=	18,35	kmol/h
Wyparka:	k=	1100	W/(m^2K)
	p pary=	3040	hPa	t=	133	st C
				r pary=	2166,18	kJ/kg
	V=	?
	A wyp=	25	m^2
	Ciepło parowania:  - w temp. wrzenia:361,5 J/g
	r toluenu=	3,615E+05	J/kg
	r toluenu=	3,326E+07	J/kmol
R/(R+1)=	0,732	stąd	R=	2,731
xD=(R+1)=	0,265	stąd	xD=	0,989
V=D*(R+1)	V=	68,470149	kmol/h
		0,0190195	kmol/s
Qwyp=Vkreska*rtoluen=V*rtoluen=			Qwyp=	632550	W
Qwyp=k*A*deltaT			Qwyp=	632500	W
m pary=Qwyp/rpary=			mpary=	0,2920	kg/s
				1051	kg/h

4

---