bil
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:
|
Benzol: Massenanteil |
w1 = 25 % |
|
Toluol: |
w2 = 75 % |
Betriebsvorgaben:
Gewünschte Anreicherung: w1 = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w1 = 0,05 Benzol enthalten.
|
Volumenstrom Zulauf (Feed): |
qV = 80 L/min |
|
Länge der Zuleitung (gerade Rohrleitungsstücke): |
L = 15 m |
|
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
Elektrische Aufheizung des Feedzulaufs auf Siedetemperatur – erforderliche elektrische Leistung
Massenstrom Zulauf:
qm = qV · ϱM = 0,00133 m³/s · 869,9 kg/m³ = 1,16 kg/s
Spezifische Wärmekapazität der Reinstoffe (S. 110/111)
cpB = 1740 J/(kg · K) cpT = 1710 J/(kg · K)
Spezifische Wärmekapazität des Gemisches (S. 79)
cM = wB · cpB + wT · cpT = 0,25 · 1740 J/(kg · K) + 0,75 · 1710 J/(kg · K) = 1717,5 J/(kg · K)
Umwandlung elektrischer Energie in Wärmeenergie (S. 91):
Erforderliche elektrische Leistung: P = 173974,2 W