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

Fliessbild

Berechnungsschritte

Bestimmung der Siedetemperatur des Feedgemisches mit Hilfe der Antoine-Konstanten (PROPER)

Bestimmung der Dichte des Feedgemisches S. 121 (PROPER)

Bestimmung der Viskosität des Feedgemisches S. 110/111 und S. 75 (PROPER)

Bestimmung der Nennweite für die Feedleitung S. 182 (L1.2)

Berechnung des Druckverlusts in der geplanten Feedleitung S. 209 (FDP / NPSH)

Erforderliche Pumpenleistung S. 227 f. (NPSH)

Elektrische Aufheizung des Feedzulaufs auf Siedetemperatur – erforderliche elektrische Leistung (BIL)

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

Bestimmung der erforderlichen Austauschfläche des Kopfkondensators (C1 / WTS)

Bestimmung der erforderlichen Austauschfläche des Destillatkühlers (C1 / KOND)

Füllstandsdiagramm in der Destillatvorlage (TKL)


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