4812_Расчет ректификационной колонны В-2. Расчет ректификационной колонны

• Название: Расчет ректификационной колонны
• Дата: 08.06.2021
• Размер: 1.19 Mb.
• Имя файла: 4812_Расчет ректификационной колонны В-2.doc
• Тип: Документы; #215318
• страница: 1 из 3

Расчет ректификационной колонны

Вариант 2

Номер варианта	Производи-тельность колонны по сырью	Разделяемые компоненты		Концентрация низкокипящего компонента, мас. доли			Тип тарелки
		НКК	ВКК	в сырье xF	в дистил-ляте xD	в кубо-вом остат-ке xW
2	9650	Бензол	Толуол	0,45	0,99	0,01	Решетчатая

1. РАСЧЕТ КОЛОННЫ
В результате расчета колонны надо определить:

1) рабочие параметры процесса - температуру и давление в колонне;

2) число теоретических и реальных тарелок в колонне;

3) гидравлическое сопротивление тарелки и колонны;

4) геометрические размеры аппарата и отдельных элементов конструкции (диаметр и высоту колонны, расстояние между тарелками, диаметр штуцеров и т. д.);

5) расход теплоносителя в кипятильнике и хладагенте в дефлегматоре колонны.
1.1. Материальный баланс колонны
Массовый расход получаемого дистиллята G_D и кубового остатка G_W определяется из уравнения материального баланса колонны по низкокипящему компоненту:



кг/ч;

кг/ч

Проверка:



.
Массовые расходы бензола и толуола в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяются по формулам (1.4) - (1.6):



кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

Проверка:

,




Мольные расходы бензола и толуола в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяются по формулам (1.7) - (1.9):



кмоль/ч;

кмоль/ч;

кмоль/ч;

кмоль/ч;

кмоль/ч;

кмоль/ч;

Проверка:

,

кмоль/ч;

кмоль/ч.
Мольные доли бензола и толуола в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяются по формулам (1.10) - (1.12):



;

;

;

;

;

;

Проверка:








Материальный баланс колонны представлен в таблице 1.

Компо-нент	Молярная масса, кг/моль	Сырье				Дистиллят				Кубовый остаток
		Массовый расход GiF	Массовая доля ХiF	Мольный расход NiF кмоль/ч	Мольная доля XiF	Массовый расход GiD	Массовая доля ХiD	Мольный расход NiD кмоль/ч	Мольная доля XiD	Массовый расход GiW	Массовая доля ХiW	Мольный расход NiW кмоль/ч	Мольная доля XiW
Бензол	78,11	4342,5	0,45	55,6	0,49	4289,32	0,99	54,9	0,992	53,17	0,01	0,7	0,012
Толуол	92,14	5307,5	0,55	57,6	0,51	43,33	0,01	0,47	0,008	5264,17	0,99	57,13	0,988
		9650	1,0	113,2	1,0	4332,65	1,0	55,37	1,0	5317,35	1,0	57,83	1,0

1.2 Построение диаграмм фазового равновесия в координатах у-х и t-x,у
Для системы бензол–толуол равновесные зависимости для давления π = 101 кПа (близкого к давлению в зоне питания) приведены в работе [2]

Равновесные составы паровой и жидкой фаз и температура кипения смесей представлены в таблице 1 . По данным таблицы 1 строятся диаграммы фазового равновесия в координатах у-х (рисунок 1) и t-x,у (рисунок 2).

Таблица 1 - Равновесные составы жидкости и пара при атмосферном давлении

t, С	х	у
110,7	0,0	0,0
105,9	10,7	21,9
101,9	20,7	38,1
98,4	30,3	50,9
95,4	39,3	60,9
92,6	48,6	69,6
90,0	57,8	76,9
87,5	67,3	83,5
85,1	77,3	89,3
82,8	87,5	94,5
80,2	100	100

Рисунок 1 - Диаграмма фазового равновесия в координатах у-х

Рисунок 2 - Изобарные температурные кривые кипения и конденсации бензол–толуол
Давление наверху и внизу колонны отличаются от давления в зоне питания незначительно, поэтому по изобарным температурным кривым кипения и конденсации с достаточной точностью можно определить температуры в зоне питания t_F, на верху t_D и в кубе t_W колонны (рисунок 2).

Так как сырье поступает в колонну при температуре кипения (е=0), для нахождения температуры t_F достаточно с абсциссой х_F=0,42, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в сырье, восстановить перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой кипения.

Температура в зоне питания составляет t_F = 92,8 ⁰C. Аналогично определяется температура в кубе колонны t_W = 101,3 ⁰C. Для определения температуры паров на верху колонны t_D из точки с абсциссой х_D, соответствующей мольной доле низкокипящего компонента в дистилляте, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с изобарной температурной кривой конденсации. Температура на верху колонны составляет t_D = 81,2⁰C (2).
1.3 Определение числа теоретических тарелок
Для бинарных смесей минимальное флегмовое число определяется зависимостью:

(1.14)

Определение величины ^y*_F= 0,68 показано на рисунке 1. Для определения процесса ректификации необходимо, чтобы флегмовое число R было больше минимального R . В противном случае содержание низкокипящего компонента в дистилляте х_D будет меньше определенного.

Минимальное флегмовое число R рассчитывается по уравнению (1.14):



В простейших случаях рабочее значение флегмового числа определяется из соотношения:

, (1.15)

где β - коэффициент избытка флегмы.

Ориентировочно оптимальное флегмовое число можно определить как минимум функции ƒ(R)(рисунок 3). Функция ƒ(R) определяется соотношением:

, (1.16)

где n_Т - число теоретических тарелок в колонне.

Для определения оптимального флегмового числа R находится минимум функции ƒ(R) в соответствии с уравнением (1.16).

Относительный мольный расход



Пусть β = 1,05 – коэффициент избытка флегмы, тогда рабочее флегмовое число

R = β ∙ Rmin = 1,05 ∙ 1,64 = 1,72

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны:

,

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны:

,
Пусть β = 1,35, тогда R = β ∙ Rmin = 1,35 ∙ 1,64 = 2,21

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны:

,

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны:

,
Пусть β = 1,75 , тогда R = β ∙ Rmin = 1,75 ∙ 1,64 = 2,87

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны:

,

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны:

,

Пусть β = 2,35, тогда R = β ∙ Rmin = 2,35 ∙ 1,64 = 3,85

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны:

,


Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны:

,

Для определения оптимального флегмового числа R находится минимум функции ƒ(R) в соответствии с уравнением (1.16).

Расчет оптимального флегмового числа показан в таблице 2.
Таблица 2 - Расчет оптимального флегмового числа

β	1,05	1,35	1,75	2,35
R	1,72	2,21	2,87	3,85
nT	9	8	7,2	6,8
nT(R + 1)	24,5	25,7	27,8	32,9

Строим зависимость N(R+1) от R. Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R = 1,72.

Рисунок 3 - Определение оптимального флегмового числа


Рисунок 4 - Определение числа теоретических тарелок в колонне
Число теоретических тарелок в верхней части колонны n_В = 9. В нижней части колонны с учетом того, что роль одной тарелки выполняет кипятильник, число теоретических тарелок m_Н=8.