Beispiel
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
Füllstandsdiagramm in der Destillatvorlage
Volumenstrom Zulauf in die Destillatvorlage (näherungsweise Dichte von Benzol bei 20 °C eingesetzt):
Der Behälter soll 2 h bis zur Befüllung als Puffer dienen können, also mindestens ein Volumen fassen von ca.
V = qVD · t = 0,0003 m³/s · 7200 s = 2,2 m³
Gewählt (S. 167): Behälter mit Klöpperböden D = 1600 mm und L = 1,5 m (zylindrischer Teil).
Das Füllvolumen berechnet sich nach der Formel (S. 167):
Nach Tabelle auf S. 167 kann für die jeweilige Standhöhe der Volumen in den Klöpperböden abgelesen werden. Z. B. bei einer Standhöhe h = 1000 mm gilt VK = 0,55486 m³
Entsprechend berechnen sich die Stützwerte in der Tabelle für das Diagramm V = f(h):
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h in mm |
V in m³ |
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200 |
0,25 |
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400 |
0,72 |
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600 |
1,29 |
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800 |
1,91 |
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1000 |
2,54 |
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1200 |
3,11 |
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1400 |
3,57 |
