Файл: Расчёт ректификационной установки.docx

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.01.2024

Просмотров: 271

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


Давление в колонне атмосферное. В качестве греющего теплоносителя в испарителе колонны применяется пар, для получения которого устанавливается котел. Конденсат от испарителя колонны, имеющий высокую температуру, используется на собственные нужды предприятия. В первом подогревателе исходной смеси теплоносителем являются кубовые остатки. Во втором подогревателе исходной смеси в качестве теплоносителя, так же как и в испарителе, применяется пар. В качестве низкотемпературного теплоносителя для конденсатора ‒ дефлегматора и холодильника готового продукта используется охлаждающая вода.

2 Материальный баланс установки


Введем обозначения:

GР, XР–поток и концентрация НК дистиллята;

Gw, Xwпоток и концентрация НК кубового остатка;

Gf, Xf– поток и концентрация НК флегмы;

Gv – количество пара, выходящего из колонны.

Материальный баланс по всему потоку, кг/с:




(2.1)


Материальный баланс по низкокипящему компоненту, кг/с:



(2.2)


Массовая концентрация НКК в исходной смеси:




(2.3)


где μА и μБ – молекулярная масса компонентов (µH2O=18 кг/кмоль, µСH3COOH=60 кг/кмоль).



Массовая концентрация НКК в кубовом остатке:




(2.4)




Массовая концентрация НКК в дистилляте:




(2.5)



Составим систему уравнений:



Решая получившуюся систему уравнений получим:





3 Конструкторский и тепловой расчёт колонны

3.1 Определение числа тарелок

3.1.1 Построение диаграммы фазового равновесия y=f(x)


На диаграмму наносятся температуры кипения чистых компонентов. Сведем в таблицу 3.1 физико ‒ химические свойства воды и уксусной кислоты при 110

°С.
Таблица 3.1 ‒ Физико ‒ химические свойства воды и бутилового спирта

Вещество

tн, оС

Cp (110 °С), кДж/кг·К

r(110 °С), кДж/кг

ВКК/НКК

А/В

µ, кг/кмоль

Вода

100

4,23

2234

НКК

А

18

Уксусная кислота

118,1

2,48

390

ВКК

В

60


Парциальное давление пара каждого компонента идеальных смесей зависит от температуры и содержания данного компонента и пропорционально молярной доле данного компонента в смеси. Это соотношение называется законом Рауля и может быть математически выражено следующим образом:



(3.1)




(3.2)


где – молярная доля компонента А в жидкости; – парциальные давления паров компонента А и компонента В над смесью, МПа; ‒ давления насыщения паров компонентов А и В при данной температуре. Тогда молярная доля компонента В в жидкой смеси будет .

Полное (общее) давление пара над жидкостью Робщ равно сумме парциальных давлений компонентов:




(3.3)


В то же время парциальные давления компонентов в системе следуют закону Дальтона:



(3.4)


где yв– концентрация ВКК в паровой фазе; Робщ – атмосферное давление, равное 0,1 МПА

Для установившегося равновесия:




(3.5)

Откуда



(3.6)

Окончательные уравнения:



(3.7)

Величину давления насыщения компонентов А и В в зависимости от температуры находят по уравнению Антуана:



(3.8)

где А, В, С – некоторые числа для данных веществ; t – температура насыщения компонента смеси, оC.

Выражаем давления насыщения паров компонентов А и В:



(3.9)



(3.10)

Задаваясь значением температур в промежутке от tА до tВ, из уравнения Антуана определяют давления насыщения высококипящего компонента при данных температурах. Данные сведем в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 ‒ Давление паров воды и уксусной кислоты в зависимости от
температуры

Жидкость

Уравнение

Интервал

температур, оС

А

В

С

Вода

2.9

0

100

8,07414

1733

233,84

Уксусная кислота

2.9

16,4

118

7,55716

1642,54

233,39


Приведем пример расчета для температуры 104 оС:

Давление насыщения паров компонента А при 100 оС:



Давление насыщения паров компонента В при 100 оС:




Концентрация НКК в жидкой фазе:



Концентрация ВКК в паровой фазе:



Остальные расчеты выполняем аналогично. Результаты сведены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 ‒ Данные для построения диаграммы фазового равновесия у=f(x) и t=f(x,y)

t, оС

100

104

108

112

116

118,1



100,0

117,3

134,7

154,2

175,9

188,3



56,9

65,1

74,2

84,4

95,7

100,0

xA

1

0,668

0,426

0,224

0,054

0

yA

1

0,784

0,574

0,345

0,095

0


Построение диаграммы фазового равновесия смеси вода – уксусная кислота представлено на рисунке 3.1

3.1.2 Построение диаграммы фазового равновесия t=f(x,y)


Равновесные (сопряженные) концентрации компонента А в жидкой и газообразных фазах находятся на изотерме, пересекающей соответствующие линии кипения и конденсации, поэтому берутся эти значения (xi и yi) из таблицы 3.3 и наносятся на диаграмму в координатах t=f(x,y) (рисунок 3.2).

3.1.3 Построение диаграммы фазового равновесия h=f(x,y)


Построение кривых рабочих линий сопряжено с большими трудностями: здесь необходимо учитывать энтальпии пара и энтальпии жидкости с изменением этих свойств.

Изобарная мольная теплоемкость смеси:

(3.11)

где и