РГР. Расчет ректификационной колонны по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии

• Название: Расчет ректификационной колонны по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии
• Дата: 11.04.2023
• Размер: 0.6 Mb.
• Имя файла: RGR.docx
• Тип: Реферат; #1053867
• страница: 5 из 9

2.4 Расчет однократного испарения бинарной смеси

2.4.1 Расчет x^*_F и y^*_F

Материальный баланс процесса однократного испарения может быть представлен уравнениями:

Общее: F = G_F + g_F (15)

Для НКК:

F · x'_F = G_F · y^*_F + g_F · x^*_F, (16)

где G_F и g_F – мольные расходы пара и жидкости;

x^*_F и y^*_F – мольные доли НКК в равновесных жидкой и паровой фазах, полученных в результате однократного испарения сырья на входе в колонну.

Отношение массы образовавшихся паров G к массе исходной смеси F называется массовой долей отгона и обозначается через е. Отношение G' к F' есть мольная доля отгона, обозначаемая через е'.

Процесс однократного испарения проанализируем при помощи х-у диаграммы и изобары.

Найдем точки А и N на x-y диаграмме с помощью уравнения:

x'_F = e' · y^*_F + (1 – e') · x^*_F, (17)

Если в уравнении (17) , то:

(18)



Отложим на x'-у'-диаграмме точку А (1,12; 0)

Если в уравнении , то .

Отложим на x'-у'-диаграмме точку N (0,48; 0,48)

Соединив точки А и N (рис.6), получим линию однократного испарения – ANF. По координатам точки F определим мольные доли низкокипящего компонента в жидкости и в паре, полученные в результате ОИ:






Рисунок 5 – х'-y'- диаграмма

2.4.2. Расчет равновесной температуры

Температура находится по изобаре из t-x-y диаграммы (рис.3). Для этого в данной диаграмме находим точки и x_F* (0,36) и y_F* (0,57) и проводим по ним горизонтальную линию (изобару), на линии жидкости получим расход жидкости g_F, на линии пара – расход пара G_F. Нода g_F G_F параллельна оси абсцисс. Точка F находится на ноде, причем ее абсцисса соответствует величине x_F'=0,48. По ноде определяем температуру сырья: t = 111 °С.

Рисунок 6 – График нахождения равновесной температуры

2.4.3 Проверка значения мольной доли отгона

Проверка значения е осуществляется в сравнение исходного значения е_т=0,57 и значения е_р, полученного с помощью правила рычага:

(19)

.

е_т=е_р – следовательно, x_F^* и y_F^* найдены верно.

2.5 Расчет материального баланса ректификационной колонны

2.5.1 Определение молекулярной массы сырья, дистиллята и остатка

Составим материальный баланс без учета теплопотерь в окружающую среду для участка 1 ректификационной колонны, изображенной на рисунке 7.



Рисунок 7 – Принципиальная схема ректификационной колонны

Материальный баланс в целом для ректификационной колонны:

F=D+W, (20)

Материальный баланс по низкокипящему компоненту:

F' · x'_F = D' · y'_D + W' · x'_W, (21)

Материальный баланс по высококипящему компоненту

Fꞌ∙(1-xꞌ_F) =Dꞌ∙(1-yꞌ_D)+Wꞌ∙(1-xꞌ_W), (22)

где F, D, W – расходы сырья, дистиллята и остатка;

x'_F, y'_D, x'_W – мольные доли низкокипящего компонента в сырье, дистилляте и остатке.

Материальный баланс составим в мольных и массовых единицах. По условию задания имеем производительность колонны, т.е. расход сырья, F=36 т/час.

Средняя молекулярная масса сырья:

(23)

Средняя молекулярная масса дистиллята:

(24)



Средняя молекулярная масса остатка:

(25)



Переведем расход сырья в мольные единицы, для чего по закону аддитивности рассчитаем среднюю молекулярную массу:



, (26)

где F' – расход сырья, кмоль/ч;

F – расход сырья, кг/ч;

M_{ср F} – средняя молекулярная масса сырья.



Рассчитаем расход дистиллята и остатка по правилу рычага

W’ F’ D’


X’_W X’_F Y’_D

. (27)

Из уравнения (20) выразим D':

, (28)

.

Аналогично рассчитаем выход остатка:

, (29)

, (30)

.

Таким образом, расход дистиллята и остатка по сырью:

, (31)



, (32)



Проверка по уравнению (20)

F’=D’+W’

= + – верно.

2.5.2 Покомпонентный расчет материального баланса РК

Рассчитаем материальный баланс по каждому компоненту.

Сколько бензола в кмоль/ч в исходной смеси:

, (33)

.

Переведем мольные единицы в массовые.

Найдем содержание бензола в исходной смеси в кг/ч:

, (34)

.

Аналогичным образом рассчитаем мольную и массовую долю для толуола.

, (35)

,

, (36)

.

Далее рассчитаем, сколько бензола будет в дистилляте:

, (37)

,

, (38)

.

Сколько толуола будет в дистилляте:

, (39)

,

, (40)

.

Сколько будет бензола в остатке:

, (41)

,

, (42)

.

Сколько будет толуола в остатке:

, (43)

,

, (44)

.

2.5.3 Проверка материального баланса

По *0,48= *0,98+ *0,01

202,627=202,627

По 36000= +

36000=35999,988

% ошибки =

Таблица 6 – Материальный баланс ректификационной колонны

Компонент	сырье(F)		дистиллят(D)			остаток(W)
	кг/ч	кмоль/ч		кг/ч	кмоль/ч		кг/ч	кмоль/ч
Бензол		202,627
Толуол
Σ	36000

2.5.4 Расчет теплового баланса ректификационной колонны

Составим тепловой баланс без учета теплопотерь в окружающую среду для участка 1 ректификационной колонны.

Тепловой баланс колонны включает:

Статьи прихода – тепло вносимое сырьем и через кипятильник ,

, (45)

Статьи расхода – тепло выносимое дистиллятом , остатком и через конденсатор :

, (46)

где – подвод тепла,

– отвод тепла.

. (47)

Расходы сырья , дистиллята , остатка рассчитаны выше.

Построим комбинированную диаграмму и по ней определим минимальный теплоподвод и теплосъем.
Энтальпия сырья h_F=8000 ккал/кмоль;

Энтальпия остатка h_W=5580 ккал/кмоль;

Энтальпия дистиллята H_D=9320 ккал/кмоль;

Минимальный теплоподвод P_min(W)=5200 ккал/кмоль;

Минимальный теплосъем P_min(D)=22280 ккал/кмоль.

По диаграмме найдем:

- величину (48)

ккал/кмоль;

- величину (49)

ккал/кмоль;

По полученным данным рассчитаем и :

(50)

(51)

ккал/ч

ккал/ч
В режиме рабочего орошения флегмовое и паровое числа больше минимального в 1,1-1,35 раз. В соответствии с этим Q_D больше Q_Dmin в 1,1-1,35 раз. По условию задания имеем коэффициент избытка теплоподвода n'=1,40, тогда

, (52)

ккал/ч

, (53)

ккал/ч

По полученным данным построим главную рабочую линию

(54)

ккал/кмоль

Отметим точку P(D). Затем соединим полученную точку P(D) с точкой F и найдем точку P(W).



Проверим, с какой точностью сходится тепловой баланс:





6 661 084,524=6 831 732,748

Погрешность:



Погрешность меньше 5%, следовательно, тепловой баланс сходится.

В результате расчета режимов минимального и рабочего орошения мы определили минимальный теплоподвод и теплосъем. По полученным данным построили главную рабочую линию на энтальпийной диаграмме, определили энтальпии сырья, дистиллята и остатка, а также составили тепловой баланс колонны, который сошелся.
2.6 Расчет режима полного орошения
Режим полного орошения – режим работы колонны, когда число теоретических тарелок в колонне N = N_minи флегмовое число R → ∞.

Для аналитического расчета минимального числа тарелок рассчитаем коэффициенты относительной летучести вверху и внизу колонны - и . определяется как отношение давления насыщенных паров бензола к давлению насыщенных паров толуола при температуре верха колонны t=93,862°C. определяется аналогично, но при температуре низа колонны t=125,539°C.

Получаем: .

, (56)

, (57)

,

.
Средний коэффициент относительной летучести определим из уравнения:

, (57)

.

Для расчета минимального числа тарелок воспользуемся уравнением Феиске-Андервуда:

, (58)



Полученное число округляем и получаем, что число минимальных тарелок, соответствующих режиму полного орошения равно 10.