Proiect Fenomene de Transfer - Amestec Binar Benzen - Toluen

Tema de proiect

Să se proiecteze o instalaţie de rectificare a unui amestec binar cunoscâd datele:

- amestecul supus rectificarii: BENZEN – TOLUEN;

- debitul de alimentare: F = 90+5∙n [kmol/h], (n=13);

- compoziţia alimentarii: xF =0,6-0,01∙n;

- fracţiile molare ale distilatului şi rezidului: xD =0,93, xW =0,05;

- starea termică a alimentării: q=1,02;

- presiuni orientative - pentru alimentare pF=790 torr;

- pentru vârful coloanei pD =760 torr;

- pentru blazul coloanei pW =820 torr;

- schimbătorul de căldură care se dimensionează in proiect: RW;

- temperaturi impuse - temperatura de intrare a amestecului in preîncălzitor 30˚C;

- temperatura de răcire aproduşilor finali 30˚C;

- temperatura iniţială a apei de răcire 15 sau 20˚C;

- temperatura maximă de încălzire a apei utilizată ca agent termic 25 sau 30˚C;

- tipul coloanei: TALERE SITĂ.

1. Justificarea temei, a soluţiilor, şi a metodelor de calcul alese

În prezentul proiect s-a urmarit dimensionarea unui schimbator de caldură (racitor de reziduu RW) şi o coloană de rectificare cu talere sită pentru amestecul benzen-toluen.

Pentru dimensionarea shimbătorului de căldură au fost efectuate o serie de calcule pornind de la ecuaţii pe baza proprietăţilor fizice şi chimice ale componenţilor,bilanţurilor de materiale şi termice,calculelor de transfer termic, calculelor hidrodinamice.

Alegerea proprietăţilor fizico-chimice s-a facut atât pentru fazele lichide cât şi pentru cele de vapori, la diferite temperaturi.Calculul a fost posibil datorită relaţiilor de legatură între diferite proprietăţi, relaţii ce se gasesc în literatura de specialitate.

Bilanţul de materiale realizat pe întreaga instalaţie a permis determinarea debitelor de distilat şi reziduu.Cu acestea s-a putut aplica bilanţul termic în urma căruia s-a determinat fluxul de căldura schimbat de sistem cu exteriorul.

Pentru coeficienţii parţiali s-au utilizat formulele specifice (relaţii criteriale ce au fost alese în funcţie de curgerea lichidului).

Calculul hidrodinamic a presupus determinarea căderii de presiune pe întreg schimbatorul (atât prin ţevi cât şi printre ţevi).

Toate aceste rezulate au servit la întocmirea desenului, a schimbătorului de căldura.

Pentru separarea amestecului s-a ales o coloana de rectificare, astfel incat sa se realizeze un contact cât mai bun între cele două faze: vapori + reflux(lichid).

S-a optat pentru o coloană cu talere sită. La aceste coloane talerele sunt table perforate sau site prin ale căror găuri străbat vaporii. Lichidul curge spre deversorul care îl conduce pe talerul următor.

Coloanele cu site au avantajul construcţiei mai simple şi al sensibilităţii mai reduse faţă de eventualele materii în suspensie ale amestecului de rectificat. Dezavantajul principal este domeniul restrâns de debite la care ele funcţionează cu eficacitate bună: la debite prea mari de vapori, pierderea de presiune a vaporilor prin găurile talerului creşte mult, iar la debite prea mici lichidul curge prin găurile talerului.

Dimensionarea tehnologică a coloanei de rectificare a presupus calculul diametrului coloanei şi a numărului de talere reale.Aceste depind atât de condiţiile de operare impuse (debit de alimentare, distilare reziduu) determinate cu ajutorul ecuaţiei bilanţului de materiale, cât şi de intensitatea transferului de masă.

2. Proprietăţi fizice ale componentelor şi fazelor

Amestecul supus rectificării este BENZEN (B) – TOLUEN (T). În acest amestec, componentul mai puţin volatil este benzenul, pe care îl vom nota în relaţiile de calcul cu cifra 1, iar componentul mai greu volatil (toluenul) îl vom nota cu cifra 2.

2.1. Proprietăţi fizice pentru componenţii puri. Dependenţa de temperatura.

• Temperaturile de fierbere: - tf benzen = 80,13 ˚C (uşor volatil)

- tf toluen = 110,50 ˚C (greu volatil)

• Constante Margules: A12 = 0,0242

A21 = -0,0584