Файл: Расчет ректификационной колонны для Разделения бинарной смеси по мдк.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 22.11.2023

Просмотров: 85

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
устройств и расстояния между ними.

При проведении расчета колонны его условно разделяют на 2 части: тех- нологическую, основным содержанием которой является определение техноло- гического режима разделения, и гидравлическую, поскольку основные размеры аппарата определяются на основе гидравлических зависимостей взаимодей- ствия двухфазных потоков пар – жидкость.

      1. Технологический расчет




Основой технологического расчета тарельчатых колонн является термо- динамический расчет процессов разделения, которой выполняется на базе по- нятия о теоретической тарелке. Под теоретической тарелкой понимается такая ступень контакта, на которой осуществляется изменение концентраций фаз от рабочего до равновесного состояния. Термодинамический расчет позволяет определить максимальную разделяющую способность колонны, поскольку тео- ретическая тарелка характеризует предельное состояние массообмена при кон- такте фаз.

Истинное распределение концентраций и потоков по высоте аппарата,

оптимальное место ввода питания, количество реальных тарелок и другие пока-

затели, характеризующие работу аппарата, могут быть найдены только при по- мощи кинетического расчета, т.е. с учетом реально протекающего процесса массопередачи между газом и жидкостью.

При выполнении технологического расчета процессов ректификации ре- комендуется следующая последовательность расчета: расчет материального ба- ланса колонны по внешнему контуру, выбор рабочего давления в колонне, определение флегмового числа и числа теоретических тарелок, составление теплового баланса колонны, определение внутренних материальных потоков в
колонне.

        1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

Материальный баланс колонны




Из уравнений материального баланса колонны по потокам и низкокипя- щему компоненту (НКК) определяются массовые расходы получаемых дистил- лята D и кубового остатка W.


???? = ???? ???????? ????????

???????? ????????
(1)



???? = ???? − ????, (2)

где L = 10000 кг/час (2,778 кг/с) – массовый расход сырья;

???????? = 0,95; ???????? = 0,03; ???????? = 0,5 массовые доли НКК соответственно в ди- стилляте, остатке и сырье.
???? = 10000 0,05 0,03 = 5100 кг 1,417 кг







0,95 0,03

час с


???? = 10000 − 5100 = 4900 кг

час

1,361 кг



с


        1. Определение давления и температуры в колонне


Давление и температура являются основными параметрами технологиче- ского режима в ректификационной колонне. Чем выше принимаемое давление, тем больше должна быть температура в колонне, так как с повышением давле- ния увеличивается температуры кипения и конденсации разделяемых смесей.

Температура кипения (конденсации) бензола 80,5℃, толуола 110,5℃ при атмосферном давлении. Следовательно, процесс ректификации в рассматрива-
емом случае можно проводить при атмосферном давлении. Однако для преодо- леня потерь напора парового потока через шлемовую трубу и конденсатор – холодильник примем давление в верху колонны несколько выше атмосферного, например 900 мм. рт. ст.

        1. Построение диаграмм фазового равновесия и кривых изобар




В случае ректификации бинарных смесей для расчета числа теоретиче- ских тарелок широко используется графический метод, известный в литературе как метод Мак – Кеба и Тиле (диаграмма y – х). Диаграмма кривых изобар поз- воляет легко определить температуры внешних потоков ректификационной ко- лонны.

Кривые равновесия и изобары строятся в пределах температур кипения низкокипящего и высококипящего компонентов при принятом давлении в ко- лонне.

В этом интервале температур принимается ряд значений температуры, для каждой температуры определяется по опытным (справочным) данным или рассчитываются (например, по уравнению Антуана) давления насыщенных па- ров компонентов (или константы фазового равновесия компонентов).



Рисунок 2 Кривые равновесия и изобар. Графическое определение тем- ператур внешних потоков и числа теоретических тарелок в колоне.

где ???? = 900 мм рт.ст. ˗ давление в колонне;

При построении кривых равновесия и изобар использованы массовые концентрации (рисунок 2).

        1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

Определение флегмового числа и числа теоретических тарелок




Флегмовое число или отношение количества горячего орошения к коли- честву дистиллята, вместе с числом тарелок является основным параметром, определяющим заданное разделение в процессе ректификации.

При увеличении флегмового числа необходимое число тарелок уменьша- ется, и наоборот. Предельные значения флегмового числа (???? = ???????????????? и ???? = ∞) определяют характерные условия разделения. Минимальное сечение колонны движущая сила процесса разделения равна нулю. Часто таким сечением являет- ся питательная секция колонны.

При минимальном флегмовом числе количество тарелок, потребное для разделения, будет равно бесконечности. При бесконечном флегмовом числе, т.е. когда нет отбора дистиллята, потребное количество тарелок становится ми- нимальным. Таким образом, предельными условиями работы колонны являют- ся с одной стороны, минимальное флегмовое число при бесконечном количе- стве тарелок и, с другой стороны, минимальное количество тарелок при беско- нечном флегмовом числе. Реальные условия работы колонны соответствуют оптимальному флегмовому числу и оптимальному количеству тарелок.

Оптимальное флегмовое число определяется техноэкономическим расчё- том. Для приблизительной его оценки можно воспользоваться рекомендациями Джиллиленда

???? = 1,35???????????????? + 0,35 (3)

Тогда ???? = 1,35 1,476 + 0,35 = 2,34

Число теоретических тарелок находим графическим путём [3].

        1. Тепловой баланс колонны




Тепловой баланс колонны составляется с целью определения необходи- мых затрат тепла и холода.

При остром испаряющемся орошении уходящий с верха колонны дистил-