Рыков РГР 1. Технологический расчет ректификационной колонны для разде

• Название: Технологический расчет ректификационной колонны для разде
• Дата: 01.06.2021
• Размер: 231.53 Kb.
• Имя файла: Рыков РГР 1.docx
• Тип: Документы; #212536
• страница: 1 из 3

^{РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА}

Филиал РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина в г. Оренбурге

Отделение разработки, эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

РАСЧЕТНАЯ РАБОТА

по дисциплине

Процессы и аппараты химическойтехнологии

на тему	Технологический расчет ректификационной колонны для разде- ления
	бинарной смеси с применениемEXCEL

	ВЫПОЛНИЛ:
	Студент группы	ОХТ-18-01
к.т.н., доцент Кузнецов О.А.	Рыков Д.А.

Оренбург, 2020

РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА

Филиал РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина в г. Оренбурге
Отделе- ние	химической технологии переработки нефти, газа и экологии

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНУЮ РАБОТУ

по дисциплине

Процессы и аппараты химическойтехнологии

на тему	Технологический расчет ректификационной колонны для разделе- ния бинарной смеси с применениемexcel
ДАНО студенту		Рыков Дмитрий Алексеевич	Группы	ОХТ-18-01

Содержание работы:

1.	Введение
2.	Основнаячасть
3.	Заключение
4.	Библиографическийсписок

Рекомендуемая литература:

1. 
   Прокофьева Т.В., Щелкунов В.А., Андриканис В.В., Фёдорова Е.Б. Технологиче- ский расчёт ректификационной колонны для разделения бинарной смеси. – М.: РГУ нефти и газа, 2005. – 37 с. 2.
   
2. 
   Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и ап- параты нефтепереработки и нефтехимии. - М: ООО «НедраБизнесцентр», 2000. - 677 с. 3.
   
3. 
   Кузнецов О.А. Технологический расчёт ректификационной колонны для разделе- ния бинарной смеси с использованием табличного процессора EXCEL. - Оренбург: филиал РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009. – 39 с. 4.
   
4. 
   Кузнецов О.А. Основы работы в программе AspenHYSYS. - М.- Берлин: Директ- Медиа, 2015. – 153 с. 5.
   
5. 
   Кузнецов О.А. Начало работы в Aspen HYSYS V8. - М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 68 с. 6.
   
6. 
   Кузнецов О.А. Моделирование схемы переработки природного газа в Aspen HYSYS V8. - М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 116 с.
   
7. 
   Кузнецов О.А. Моделирование установки переработки нефти в Aspen HYSYS V8. - М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 133 с.
   

Данные:

Компоненты		Xf	YD	XB	e,мол	F, кг/ч
НКК	ВКК
Гептан	Октан	0,45	0,95	0,04	0,5	12000

Руководитель: к.т.н. доцент ^{Кузнецов О.А.}

Задание принял к исполнению:

Студент

Рыков Д.А.

Содержание

1. 
   Расчет зависимости давлений насыщенных паров компонентов от температуры, равновесных концентраций, энтальпий 4
   
2. 
   Материальный баланс колонны 11
   
3. 
   Расчет флегмового числа 12
   
4. 
   Графический метод МакКейб-Тиле расчета числа теоретических тарелок в колонне 14
   
5. 
   Аналитический метод расчета числа теоретических тарелок в колонне 18
   
6. 
   Определение основных размеров колонны 27
   

ЛИТЕРАТУРА 33

Приложение 1 34

Приложение 2 35

Приложение 3 36

1 Расчет зависимости давлений насыщенных паров компонентов от температуры, равновесных концентраций, энтальпий
Методику выполнения расчёта ректификационной колонны для разделения бинарной смеси поясним на примере. Возьмём следующие исходные данные:

1. 
   сырье состоит из смеси гептана и октана;
   
2. 
   содержание пропилена в сырье х_F= 0,45;
   
3. 
   содержание пропилена в ректификате y_D= 0,95, в остатке x_В= 0,04;
   
4. 
   массовая доля отгона сырья e= 0,5;
   
5. 
   массовый расход сырья F = 12 000 кг/ч.
   

Сначала определим давление в аппарате. Преимущественно, при более низких температурах экономически выгоднее вести процесс ректификации. В этом случае значение коэффициента относительной летучести имеет более высокие значения. Но основными определяющими параметрами являются условия отвода тепла вверху колонны и подвода тепла в низу колонны. Наименее затратным теплоотводом является воздушное охлаждение, при котором можно обеспечить температуру верха колонны равной 45 °С. Возможно применение водяного охлаждения, которое позволяет поддерживать 35 °С. Для создания более низких температур наиболее широко применяется пропановый холодильный цикл создающий -25 °С. Другие способы отвода тепла применяются значительно реже.

Выберем для нашего процесса воздушное охлаждение и определим давление в аппарате по верху колонны, по условию конденсации низкокипя- щего компонента – бензола.

Для расчёта давления насыщенных паров гептана и октана от темпера- туры можно воспользоваться уравнением Антуана

ln Р  a

b T  c

• 
  d ln T eT^f
  

или
Р  e

a^b dln T eT ^f

T c
, (1)

где Р – давление насыщенных паров, кПа;

T – температура, ^ОК;

a, b, c, d, e, f – константы уравнения Антуана.

Из Приложения 1 определяем константы уравнения Антуана для гептана (a=78,3285, b=-6947, c=0, d=-9,44866, e=6,47481∙10^-6, f=2) и октана (a=86,997, b=-7890,6, c=0, d=-10,6255, e=6,47441∙10^-6, f=2). Обратите внимание на интервал температур, расчётные значения температуры никогда не должны выходить за пределы указанного интервала.

При 45 градусах низкокипящий компонент создаёт давление около

15 кПа, что существенно ниже атмосферного давления. Надо помнить, что расчёты ведутся при абсолютном давлении, а не при манометрическом. Для разделения заданных компонентов организовывать работу вакуумной ко- лонны, скорее всего, будет экономически нецелесообразным. Поэтому примем давление на вверху колонны незначительно выше атмосферного, 120 кПа.

Получим значение температуры кипения НКК t_а=-189,46

°С. Продолжаем температурный ряд.

Получаем значение температуры кипения ВКК t_w=87,75 °С.

Для расчета состава равновесных фаз и построения кривой равновесия фаз, изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграммы построим кривые зависимости давления насыщенных паров (ДНП) компонентов от температуры.


Рисунок 1 - Зависимости давления насыщенных паров компонентов от темпе- ратуры в Exсel
Вычислим составы равновесных жидкой х' и паровой у' фаз по уравнениям (2) и (3):

_{x' }  P₂

P₁  P₂
y'  ^P1 x'

, (2)

^ . (3)
Пересчёт мольных концентраций х' и у' в массовые х и у производят по следу- ющим формулам

_x М₁х'

М₁х'M₂ 1 х' _{, (4)
y} М₁ y'

М₁ y'M₂ 1 y' _{, (5)}

где М₁ и М₂ – соответственно молекулярные массы НКК и ВКК.


Рисунок 2 – Кривая равновесия фаз построенная в Exсel.
Для построения изобарных температурных кривых t=f(x) и t=f(y) выделив любую пустую ячейку, вставляем точечную диаграмму с гладкими кривыми


Рисунок 3 – Изобарные температурные кривые, построенные в Exсel.

Для дальнейших расчетов необходимо знать энтальпию жидкости и паров в различных сечениях колонны. Энтальпии могут быть определен прибли- жённо по формулам Крэга:

для жидкости

h_t 

0,403t 0,000405t² 

, ккал/кг, (6)

для паров


15
Н_t 50,2  0,109t 0,00014t² 4,0  ¹⁵  73,8 _{, ккал/кг. (7)}

Значение плотностей углеводородов приведены в приложении 1 (пропилен – 521; винилацетилен – 688,4). Для пересчёта величин плотностей можно воспользоваться приближённой формулой:

 



4
15 20

15

 6
, (8)


где α – температурная поправка (приложение 2), у гептана – 0,923 октана – 0,897).

Найдём значения

¹⁵ для гептана – 692,338, а для винилацетилена – 710,782. Зна-

15
чения, получаемые в формулах 6 и 7 имеют размерность ккал/кг. Для перевода в кДж/кг полученные значения необходимо умножить на 4,187.

Энтальпия жидкости состава х при температуре t определяется уравнением
ℎ_𝑡 = ℎ₁𝑥 + ℎ₂⁽1 − 𝑥⁾. (9) Аналогично энтальпия паров состава у равна

𝐻_𝑡 = 𝐻₁𝑦 + 𝐻₂⁽1 − 𝑦⁾. (10)
Построим энтальпийную диаграмму, связывающую составы жидкой и паро- вой фаз с их энтальпией.

Рисунок 4 – Энтальпийная диаграмма, построенная в Excel.
Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты вычислений

t	P1	P2	x´	y´	x	y	h1	h2	H1	H2	ht	Ht
121,2793	189,4695737	88,75864	0,3102	0,4898	0,2829	0,4572	275,9195	272,3161	597,8251	592,7685	273,3356	595,0804
106,5802	127,4365296	56,906	0,8946	0,9500	0,8816	0,9434	239,2851	236,1601	569,1419	564,2453	238,915	568,8648
106,8974	128,5810209	57,47977	0,8793	0,9422	0,8647	0,9346	240,0664	236,9312	569,7521	564,852	239,6423	569,4318
108,6446	135,0289972	60,72331	0,7977	0,8977	0,7758	0,8850	244,377	241,1855	573,1197	568,2009	243,6616	572,554
108,638	135,004253	60,71082	0,7980	0,8978	0,7761	0,8852	244,3608	241,1695	573,107	568,1883	243,6464	572,5423
111,0286	144,2301441	65,38282	0,6927	0,8326	0,6642	0,8135	250,2789	247,0104	577,734	572,7894	249,1813	576,812
111,0042	144,1336364	65,33376	0,6937	0,8333	0,6653	0,8143	250,2185	246,9507	577,6867	572,7424	249,1246	576,7684
113,8515	155,7471931	71,26346	0,5769	0,7487	0,5447	0,7233	257,2974	253,9372	583,2263	578,2511	255,7674	581,8498
113,7966	155,5166275	71,14523	0,5790	0,7504	0,5469	0,7251	257,1606	253,8022	583,1192	578,1446	255,6388	581,7518
116,7004	168,0800649	77,6162	0,4685	0,6562	0,4361	0,6262	264,4132	260,96	588,8003	583,794	262,4661	586,9287
116,6115	167,6842551	77,41147	0,4718	0,6592	0,4394	0,6293	264,1907	260,7405	588,6259	583,6206	262,2563	586,7704
119,1601	179,3243165	83,45484	0,3812	0,5696	0,3509	0,5373	270,5837	267,0499	593,6382	588,605	268,2898	591,3096
119,0488	178,8029578	83,18318	0,3850	0,5737	0,3546	0,5415	270,3037	266,7736	593,4187	588,3867	268,0253	591,1113
121,0201	188,2057736	88,09616	0,3187	0,4998	0,2910	0,4672	275,266	271,6711	597,3122	592,2585	272,7172	594,6195
120,9053	187,6479626	87,80391	0,3225	0,5042	0,2946	0,4716	274,9766	271,3855	597,085	592,0326	272,4434	594,4152
122,2927	194,47468	91,38719	0,2776	0,4498	0,2521	0,4177	278,4776	274,8408	599,8335	594,7657	275,7576	596,8825
122,19	193,9630801	91,11816	0,2808	0,4539	0,2552	0,4217	278,2183	274,5848	599,6299	594,5632	275,512	596,7
123,1053	198,561313	93,53904	0,2520	0,4169	0,2281	0,3855	280,5319	276,8683	601,4468	596,3701	277,704	598,3271
123,0222	198,1405092	93,31723	0,2546	0,4203	0,2305	0,3888	280,3218	276,6609	601,2818	596,2059	277,5049	598,1795
123,6017	201,0898433	94,87296	0,2366	0,3964	0,2138	0,3656	281,7881	278,108	602,4336	597,3513	278,8947	599,2093
130,5113	238,9235383	115,0449	0,0400	0,0796	0,0353	0,0706	299,3784	295,4687	616,2683	611,1089	295,6065	611,473
129,4537	232,8054964	111,7572	0,0681	0,1321	0,0603	0,1178	296,6736	292,7991	614,1389	608,9913	293,0325	609,5978
128,0919	225,1046046	107,6326	0,1053	0,1975	0,0936	0,1776	293,1971	289,368	611,4031	606,2708	289,7264	607,1822
128,5256	227,5356098	108,933	0,0933	0,1769	0,0828	0,1587	294,3034	290,4599	612,2736	607,1364	290,7782	607,9516
128,0983	225,1402943	107,6517	0,1051	0,1972	0,0934	0,1773	293,2134	289,3841	611,4159	606,2835	289,7419	607,1935
126,4628	216,1509926	102,8566	0,1513	0,2726	0,1353	0,2474	289,0484	285,2735	608,1399	603,0258	285,7842	604,2911
126,4892	216,293657	102,9326	0,1506	0,2714	0,1346	0,2463	289,1155	285,3397	608,1926	603,0782	285,8479	604,3379
126,4792	216,2395329	102,9038	0,1508	0,2718	0,1348	0,2467	289,09	285,3146	608,1726	603,0583	285,8237	604,3201
124,6575	206,5503841	97,76004	0,2044	0,3519	0,1840	0,3227	284,4634	280,7483	604,5356	599,4416	281,4318	601,0852
124,7076	206,8123755	97,89878	0,2029	0,3497	0,1826	0,3206	284,5905	280,8738	604,6355	599,5409	281,5524	601,1742
124,6963	206,753482	97,86759	0,2033	0,3502	0,1829	0,3211	284,5619	280,8456	604,613	599,5186	281,5253	601,1542
128,2097	225,763179	107,9847	0,1020	0,1919	0,0906	0,1725	293,4976	289,6646	611,6395	606,5059	290,0121	607,3912
128,9782	230,0942034	110,3033	0,0809	0,1552	0,0717	0,1388	295,4589	291,6003	613,1829	608,0406	291,8771	608,7545
129,7468	234,4886077	112,6607	0,0602	0,1177	0,0533	0,1048	297,4226	293,5384	614,7285	609,5777	293,7452	610,1175
130,5153	238,9469974	115,0575	0,0399	0,0794	0,0352	0,0704	299,3887	295,4788	616,2764	611,117	295,6163	611,4801
131,2838	243,4699803	117,494	0,0199	0,0404	0,0175	0,0356	301,3572	297,4216	617,8266	612,6585	297,4905	612,8425
132,0523	248,0581663	119,9707	0,0002	0,0005	0,0002	0,0004	303,3282	299,3668	619,3792	614,2024	299,3676	614,2045
132,0613	248,1123384	120	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	303,3513	299,3896	619,3974	614,2205	299,3896	614,2205