Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия, учитывающее количество поступающих и уходящих потоков, имеет следующий вид:

GF = GD +GW (1)

где GF – количество поступающей на разделение смеси, кг/с;

GD – массовый расход дистиллята, кг/с;

GW – массовый расход кубового остатка, кг/с;

GF∙ХF = GD∙ХD +GW∙ХW (2)

где ХD – концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, массовые доли;

ХW – концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, массовые доли;

ХF – концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси, массовые доли.

Для того, чтобы найти массовый расход дистиллята ХD и массовый расход кубового остатка ХW подставим исходные данные в уравнение (1) и в уравнение (2). Затем решим эти уравнения совместно.

GD +GW = 10000

GD ∙ 0,995 + GW ∙ 0,3 = 10000 ∙ 0,9

GD ∙ 0,995 + (1000-GD) ∙ 0,3 = 9000

0,695 ∙ GD = 9000 − 3000

0,695 ∙ GW = 6000

GD =8633 кг/ч

GD = 10000 − 8633 = 1367 кг/ч

Массовый расход дистиллята: GD = 8633 кг/ч

Массовый расход кубового остатка: GW =1367 кг/ч

Для дальнейших расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Содержание низкокипящего компонента в питании вычисляют по формуле:

(3)

где ХF – концентрация низкокипящего компонента в питании, мольные доли;

Мв – мольная масса низкокипящего компонента, кг/моль;

Мукс – мольная масса высококипящего компонента, кг/моль;

Мукс = 60 кг/кмоль;

Мв = 18 кг/кмоль;

Содержание низкокипящего компонента в дистилляте вычисляют по формуле:

(4)

где ХD - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте, мольные доли

Содержание низкокипящего компонента в кубовом остатке вычисляют по формуле:

(5)

где ХW - концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке, мольные доли.

Подставим в формулу(3), в формулу (4) и в формулу (5) исходные данные и найдем содержание уксусной кислоты в смеси (питании), в дистилляте и в кубовом остатке.

ХF =

ХD =

ХW =

Относительный мольный расход питания определяется по уравнению:

(6)

Для проведения дальнейших расчетов нам необходимо построить кривую равновесия в координатах для системы этиловый спирт-вода при атмосферном давлении.

Здесь - мольные доли воды в жидкости и в равновесном с ним паре.

РБ и РТ – давление насыщенного пара воды и уксусной кислоты соответственно П- общее давление

Все необходимые данные для построения кривой равновесия приведены в таблице 1.

Таблица 1. Равновесные составы жидкости и пара для системы Уксусная кислота - вода