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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, ϑ_V = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:

Betriebsvorgaben:

Gewünschte Anreicherung: w₁ = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w₁ = 0,05 Benzol enthalten.

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 q_V = 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

Berechnung der erforderlichen Trennstufenzahl für die Rektifikationskolonne S. 256/257

Siedetemperaturen der Reinstoffe:

ϑ_B = 80,1 °C und ϑ_T = 111 °C (S. 110/111)

Siedetemperaturen in Kelvin:

T_B = 80,1 + 273,15 = 353,25 K

T_T = 111 + 273,15 = 384,15 K

Trennfaktor nach Rose (S. 256):

Funktionsgleichung für die Gleichgewichtskurve (S. 256):

z. B. für den Stoffmengenanteil im Zulauf:

Mindestrücklaufverhältnis (S. 257):

Gewählt (S. 256): v = 2 · v_min = 2 · 2,39 = 4,78

Funktionsgleichung für die Verstärkungsgerade (S. 256):

oder Gerade zwischen Ordinatenschnittpunkt und dem Schnittpunkt der Senkrechten über x D mit der Diagonalen

Für den Ordinatenschnittpunkt (S. 256):

Schnittpunkt mit der Diagonalen: y_D = x_D

Schnittpunktsgerade ist, da Zulauf siedend flüssig, die Senkrechte über x_Z . Die Abtriebsgerade wird zwischen dem Schnittpunkt der Schnittpunktsgeraden mit der Verstärkungsgeraden und dem Schnittpunkt der Senkrechten über x_B mit der Diagonalen konstruiert.

Einzeichnen der Stufen zwischen Gleichgewichtskurve und Verstärkungsgeraden und Gleichgewichtskurve und Abtriebsgerade, beginnend über x_D bis über x_B . Es ergeben sich 7 theoretische Stufen im Verstärkerteil und 4 Stufen im Abtriebsteil (ohne Berücksichtigung von Wirkungsgrad und Pufferböden)