Instalație continuă de separare prin rectificare a unui amestec

Capitolul 1. Dimensionarea tehnologica

1.1. Date de proiectare

Sa se proiecteze o instalatie continua de separare prin rectificare a unui amestec ternar conform schemei:

in care:A(1) acetona; B(2) etanol; C(3) acid acetic.

Debitul de alimentare al coloanei ternare: A=25000 [t/an].

Durata de functionare a instalatiei: τ=8000 [h/an].

Fractiile molare ale componentilor ce formeaza amestecul de alimentare in coloana ternara: xF1=0.35

xF2=0.3

xF3=0.35

Starea termica a alimentarii coloanei ternare: qT=1.

Debitul de alimentare al coloanei binare: F=27.8748 [kmol/h].

Fractiile molare ale componentilor ce formeaza amestecul de alimentare in coloana binara: xD1=0.6755

xD2=0.2888

xD3=0.0356.

Gradul de vaporizare al componentului usor volatil: su=0.95.

Gradul de vaporizare al componentului greu volatil: sg=0.95.

Sarcina termica a alimentarii coloanei binare: q=1.05 .

Presiunile de lucru: pD=760 torr, presinuea de la varful coloanei

pF=790 torr, presiunea de alimentare a coloanei

pW=820 torr, presinuea de la baza coloanei

Datele de echilibru pentru amestecul acetona alcool-etilic

1.2. Bilant de materiale

Din ecuatiile de bilant de materiale se determina debitul si compozitia distilatului, respectiv a reziduului:

→ D=18.968 [kmol/h]

W=8.907 [kmol/h]

xD=0.978

xW=0.110

1.3. Determinarea numarului minim de talere utilizand metoda grafica (Mc Cabe-Thiele)

Caracteristica principala a coloanelor de rectificare este numarul de talere teoretice.Realizarea oricarei separari prin rectificare necesita un anumit numar de talere teoretice; eficacitatea de separare a coloanelor se exprima prin numarul ei de talere teoretice.o separae se caracterizeaza prin componentii si compozitia amestecului, distilatului (fractiinii usoare) si reziduului (fractiunii grele).

Metoda Mc Cabe-Thiele utilizeaza transpunerea grafica a relatiilor de echilibru si de operare, precum si modalitatea de aplicare a acestora rezulta din figura 1, construita dupa cum urmeaza:

-se traseaza, la o scara suficient de mare, curba de echilibru a amestecului binar supus separarii, utilizand date experimentale sau relatii analitice;

-se fixeaza in diagrama de echilibri punctele xW, xF, xD reprezentand compozitiile reziduului, alimentarii si distilatului;

-din punctele xW si xD se ridica verticale si se noteaza prin W si D intersectia acestora cu diagonala; aceste puncte au coordonatele (xW, xW ) si (xD, xD);

-se traseaza dreapta de concetrare cunoscand ca trece prin punctul D si are ordonata la origine y0,n=xD/(L+1);

-se traseaza dreapta de epuizare unind punctul W cu punctul de intersectie al dreptei de concentrare cu verticala abscisei x=xF;

-se aplica grafic, succesiv, relatii de echilibru si relatii de operare ducand linii in trepte intre dreptele de operare si curba de echilibru. Segmentele orizontale semnifica aplicarea relatiei de echilibru si determina la intersectia cu curba de echilibru concentratiile x, y la echilibru ale celor doua faze care parasesc un taler teoretic; segmentele verticale semnifica aplicarea relatiei de operare si definesc, la intersectia cu dreptele de operare , concentratiile vaporilor si lichidului intre doua talere consecutive. Linia in trepte intre curba de echilibru si dreptele de operare corespunzatoare fiecarei zone se traseaza pornind de la un capat al coloanei (punctul D sau W) pana se atinge sau de depaseste celalalt punct( W sau D);

-numarul de talere teoretice se determina numarand portiunile verticale (sau orizontale) ale liniei in trepte, putandu-se stabili si numarul de talere din fiecare zona a coloanei.

Din figura 1 se poate observa ca numarul minim de talere teoretice este: Nmin=10.

1.4. Determinarea refluxului minim si refluxului optim

Valoarea refluxului minim se calculeaza utilizand relatia:

unde Lmin este valoare refluxului minim, iar xq si yq sunt coordonatele punctului F din figura 2.

Din calcul rezulta ca Lmin=1.681 [kmol/kmol distilat].

Valoarea refluxului optim se calculeaza cu relatia:

unde Loptim este valoarea refluxului optim, iat Nmin este valoarea numarului minim de talere teoretice.

Din calcul rezulta ca Loptim =2.4682 [kmol/kmol distilat].