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Aus: Walter Bierwerth, Tabellenbuch Chemietechnik, 11. Auflage, Verlag EUROPA-LEHRMITTEL, Europa Nr. 70717, S439 ff
Aufgabenstellung:
In einem Gemisch aus Benzol und Toluol soll durch kontinuierliche Rektifikation der Massenanteil an Benzol angereichert werden.
Die Anlage ist im Fließbild (Fließschema) dargestellt.
Das Gemisch (reines Zweistoffgemisch, ϑV = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:
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Benzol: Massenanteil |
w1 = 25 % |
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Toluol: |
w2 = 75 % |
Betriebsvorgaben:
Gewünschte Anreicherung: w1 = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w1 = 0,05 Benzol enthalten.
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Volumenstrom Zulauf (Feed): |
qV = 80 L/min |
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Länge der Zuleitung (gerade Rohrleitungsstücke): |
L = 15 m |
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Höhendifferenz Feedpumpe/Kolonneneinspeisung (geodätische Höhe): |
z = 4 m |
Zulauf zur Kolonne: siedend flüssig
Ablauf aus dem Kopfkondensator: siedend flüssig
Abkühlung des Destillats im Destillatkühler auf ϑ = 40 °C
Kühlwasser steht mit einer relative konstante Zulauftemperatur von ϑ = 20 °C zur Verfügung und soll beim Austritt aus der Anlage nicht wärmer als ϑ = 30 °C sein.
Die Kolonne wird bei Normaldruck betrieben.
Auszulegende Bauteile:
Kreiselpumpe (Feedpumpe): Erforderliche Pumpenleistung über Druckverlust in der Zuleitung
Gemischvorwärmer (elektrische Rohrbeheizung, induktiv): erforderliche Heizleistung?
Trennkolonne (Füllkörperkolonne): erforderliche Anzahl der theoretischen Stufen nach McCabe-Thiele
Kopfkondensator (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche
Destillatkühler (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche
Destillatvorlage (liegender zylindrischer Pufferbehälter mit Klöpperböden): Füllstandsdiagramm qV = f(h)
Erforderliche Armaturen und sonstige Rohrleitungsteile in der Feedleitung:
2 Bögen (Krümmer) 90°, R/d = 4
1 Durchgangsventil (DIN-Ventil)
1 Absperrhahn (Kugelhahn), 50 % geöffnet
1 Rückschlagventil
1 Wirbelzähler
Bestimmung der Nennweite für die Feedleitung S. 182
Mit gewählter Richtgeschwindigkeit v = 1 m/s (S. 210)
Gewählt: Rohr 42,4 × 1,6 (S. 190) mit di = da – 2 · s = 42,4 mm – 2 · 1,6 mm = 39,2 mm
Absolute Rauigkeit K für verschiedene Materialien in mm
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Glas, Blei-, Kupfer-, Messingrohre gezogen |
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0 – 0,0015 |
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Stahlrohre gezogen |
neu |
0,04 (0,02 – 0,1) |
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nach längerem Gebrauch gereinigt |
0,15 – 0,20 |
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mäßig verrostet oder leichte Verkrustungen |
≤ 0,40 |
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starke Verkrustungen |
≤ 3,0 |
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Stahlblech verzinkt Stahlrohre verzinkt |
glatt (Lüfterrohre) |
0,07 |
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normal galvanisiert |
0,15 |
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Stahlrohre geschweißt |
neu |
0,05 (bis 0,1) |
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neu, bituminiert |
0,05 |
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gebraucht, gereinigt |
0,15 – 0,20 |
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gleichmäßig verrostet |
≤ 0,40 |
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leichte Verkrustung |
1 – 1,5 |
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starke Verkrustung |
2 – 4 |
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Stahlrohre genietet |
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0,9 (0,5 – 10) |
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Gussrohre |
neu |
0,26 (bis 1) |
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neu, bituminiert |
0,10 – 0,15 |
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angerostet |
1,0 – 1,5 |
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verkrustet |
1,4 – 4,0 |
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Betonrohre |
Glattstrich |
0,3 (bis 0,8) |
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Rau |
1,2 (bis 3) |
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Asbest-Zement-Rohre |
(Eternit; Toschi) |
0,05 –0,1 |
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Bretter |
ungehobelt |
0,7 |
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gehobelt |
0,2 |
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Backsteinmauerwerk |
normal gefügt |
1,3 |
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Kunststoffrohre |
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≤ 0,0015 |
Anhaltswerte für die Geschwindigkeit verschiedener Medien in Rohren
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Medium |
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w in m/s |
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Öl |
in Leitungen |
1 - 2 |
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Wasser |
in längeren Leitungen |
0.5 - 1 |
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in Wärmeübertrager-Rohren |
1 - 3 |
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nach Kolbenpumpen |
1 - 2 |
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nach Kreiselpumpen |
1.5 - 3 |
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vor Turbinen |
2 - 7 |
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Gase |
bei niederen Drücken |
5 - 30 |
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bei Mitteldruck |
5 - 20 |
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bei Hochdruck |
3 - 6 |
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Pressluft |
in Leitungen |
2 - 4 |
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Dampf |
1 - 10 bar |
15 - 20 |
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10 - 40 bar |
20 - 40 |
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40 - 125 bar |
30 - 60 |
Geometrie einer Rohrwendel