Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту

,

по легколетучему компоненту

,

где хf, хD, хw – молярные составы (мольные доли) низкокипящего компонента (НК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.

Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси дистиллята и кубового остатка выразить в массовых долях.

;

;

,

где хА – мольная доля низкокипящего компонента в жидкости;

МА – молекулярная масса низкокипящего компонента, кг/кмоль;

МВ – молекулярная масса высококипящего компонента, кг/кмоль.

Молекулярная масса метилового спирта – 32 кг/кмоль, этилового спирта – 46 кг/кмоль.

Массовый расход исходной смеси, кг/с, определим по формуле

кг/с

Массовый расход кубового остатка, кг/с, определим по формуле

Gw = Gf – Gd = 8,13-1,32=7,81кг/с

По имеющимся данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси t=f(x,y) (Рисунок 1) и линию равновесия на диаграмме y=f(x) (Рисунок - 1).

Рисунок 1- Зависимость температур кипения и конденсации от состава фаз

Затем рассчитаем минимальное флегмовое число

Rmin=( xd – у*f )/( у*f – xf )=( 0.95 - 0.3)/(0.3-0.22) = 8,06

где у*f - мольная доля НКК в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рис 2) у*f = 0,3

Оптимальное флегмовое число определим из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению nT(R+1),где nT –число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

Таблица 2- Данные для расчета оптимального флегмового числа

Строим график зависимости nт(R+1) от R. Находим min точку и опускаем из неё перпендикуляр на ось Х. Эта точка и будет являться оптимальным флегмовым числом. В нашем случае Rопт=9,67.

Рисунок 2 – Определение оптимального флегмового числа.

Уравнение рабочих линий

А) Верхней (укрепляющей) части колонны

Б) Нижней (исчерпывающей) части колонны