Расчет ректификационной колонны (ацетон-бензол)

Подождите немного. Документ загружается.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

WА

= G

∙

= 3679 ∙ 0,033 = 121,407 кг/ч,

=W ∙ x

= 47,674 ∙ 0,044 = 2,1 кмоль/ч,

WБ

= G

– G

WА

= 3679 – 121,407 = 3557,6 кг/ч,

= W - W

= 47,674 – 2,1 = 45,574 кмоль/ч.

Составим материальный баланс в виде таблицы 1.

Таблица 1 - Материальный баланс ректификационной колонны

Компонент

сырье (F) дистиллят (D) остаток (W)

кмоль/ч кг/ч кмоль/ч кг/ч кмоль/ч кг/ч

НКК ацетон 39,3 2280 37,2 2158,53 2,1 121,407

ВКК бензол 47,65 3720 2,066 162,47 45,574 3557,6

Всего 86,944 6000 39,266 2321 47,674 3679

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

2 Построение кривой равновесия фаз в координатах х-у

Для построения кривых изобар нам необходимо знать зависимость между

температурой t и давлением насыщенных паров компонента Р

. Зависимость

между температурой t и давлением насыщенных паров компонента Р

описывается эмпирическим уравнением Антуана

lg P

= A

– B

/ (C

+ t),

где А

, В

, С

– эмпирические величины, постоянные для каждого

компонента.

Температура кипения низкокипящего компонента (ацетон) t

НКК

= 56,24°С,

температура кипения высококипящего компонента (бензол) t

ВКК

= 80,103°С.

Далее в пределах этих температур кипения компонентов зададимся 10

температурами:

Δt =(t

ВКК

– t

НКК

) / 9= (80,103 – 56,24) / 10 = 6,38 °С,

HКК

= 56,24,

= 58,63,

= 61,01,

= 63,4,

= 65,79,

= 68,17,

= 70,56,

= 72,94,

= 75,33,

= 77,72,

BКК

= 80,103.

Определяем давления насыщенных паров компонентов Р

нкк

и Р

вкк

, при

температуре t

= 58,63 °C

нкк

= 10

(7,2506 – 1281,7 / (237,088 + 58,63))

= 0,99762 атм,

вкк

= 10

(6,9121 – 1214,645 / (221,205 + 58,63))

= 0,45 атм.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Для остальных температур давления насыщенных паров компонентов Р

нкк

и Р

вкк

рассчитаны в программе Excel.

Определим мольные доли ацетона в кипящей жидкой фазе (х) и в

равновесной паровой фазе (у):

x = (π – Р

ВКК

)/(Р

НКК

– Р

ВКК

y = Р

нкк

/ π · x,

π= 1 атм.

При температуре t

= 58,63 °С

x = (1,0 – 0,45) / ( 0,99762 – 0,45) = 1,004,

y = (0,99762 / 1,0) * 1,004 = 1,002.

Для остальных температур мольные доли ацетона в кипящей жидкой фазе

и в равновесной паровой фазе рассчитаны в программе Excel.

Для построения кривой равновесия фаз и изобарных температурных

кривых составим таблицу 2 полученных данных:

Таблица 2 – Данные для построения кривых изобар

нкк

вкк

х у

HКК

56,24 0,99762 0,45 1,004 1,002 1,003 1,001

58,63 1,08204 0,491 0,861 0,932 0,893 0,948

61,01 1,17209 0,534 0,73 0,856 0,785 0,889

63,4 1,26802 0,58 0,61 0,774 0,678 0,822

65,79 1,3701 0,629 0,5 0,686 0,574 0,745

68,17 1,47861 0,682 0,399 0,59 0,472 0,659

70,56 1,59382 0,738 0,306 0,488 0,372 0,561

72,94 1,71603 0,798 0,22 0,378 0,275 0,449

75,33 1,84552 0,861 0,141 0,26 0,181 0,321

77,72 1,9826 0,929 0,068 0,134 0,089 0,172

Продолжение таблицы 2

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

BКК

80,103 2,12756 1 0 0 0 0

Построение

YX 

диаграммы проводится в следующей системе коорди-

нат: по оси абсцисс откладываются мольные доли НКК в жидкой фазе, а по оси

ординат - мольные доли НКК в паровой фазе (приложение А).

Проводится диагональ в квадрате, полученном при построении системы

координат, которая соответствует линии равновесия с коэффициентом

относительной летучести компонентов, равным 1.

С использованием предыдущих расчетов, на диаграмме наносятся точки,

соответствующие x и y. После этого полученные точки необходимо соединить

плавной кривой.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

3 Построение изобарных температурных кривых в координатах t –x,y

Построение кривых изобар проводится в следующих координатах: по оси

абсцисс откладываются мольные составы фаз по НКК, а по оси ординат -

температуры кипения НКК и ВКК. По данным таблицы 2 строим график

кривых изобар пара и жидкости (приложение Б).

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

4 Построение рабочих линий для верхней и нижней части колонны, линии

сырья на диаграмме х-у

4.1 Определение графическим методом числа теоретических тарелок

Для выявления связи между потоками в любом сечении

ректификационной колонны (масса, тепло и концентрации) следует мысленно

разрезать колонну в соответствующем сечении. Отделить одну часть колонны

от другой. Заменить отделенную часть соответствующими потоками массы и

тепла и затем составить материальные балансы для рассматриваемой части

колонны.

После построения диаграммы х-у строятся рабочие линии для верхней и

нижней части колонны.

Уравнение рабочей линии для верхней (укрепляющей) части колонны:

11 





633,1

452,064,0

64,0947,0

min











423,23,0633,13,13,03,1

min

 RR

R 

где R – флегмовое число,

min

– минимальный поток орошения,

– масса флегмы стекающей на верхнюю тарелку.

При

947,0, 

yyyx

, т.е. рабочая линия проходит через точку

находящуюся на диагонали диаграммы

yx 

. Положение точки

зависит

только от состава ректификата и не зависит от величины потока флегмы.

Поэтому через точку

рабочая линия проходит независимо от того,

изменяется масса потока флегмы по высоте колонны.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Для определения координат второй точки принимается

0x

277,0

1423,2

947,0











Положение точки В зависит не только от состава ректификата, но и от

величины флегмового числа и от массы потока флегмы. С увеличением

флегмового числа точка В перемещается вниз, а рабочая линия приближается к

диагонали.

Через точки D и B приводим прямую линию, которая является рабочей

линией для верхней части колонны.

Уравнение рабочей линии для нижней (отгонной) части колонны:

ПП

1П

хy 





17,2

452,064,0

044,0452,0











где П – паровое число.

При у =

и х=

= 0,044 рабочая линия проходит через точку W,

находящуюся на диагонали диаграммы

yx 

. Положение точки W не зависит

только потока паров и флегмы.

Поэтому через точку W рабочая линия проходит независимо от того,

изменяется масса потока паров по высоте колонны.

Для определения координат второй точки принимается у = 1:

698,0

117,2

17,2044,0











Пx

Положение точки С зависит от величины парового числа. С увеличением

П точка С перемещается вправо, а рабочая линия приближается к диагонали.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Уравнение линии сырья:







где е – мольная доля отгона при вводе сырья в колонну:

444,0

11,59

69,01

38,0 

При х = 0 получаем точку G

02,1

444,0

452,0



, при у = 0 получаем

точку Е

813,0

444,01

452,0











. Уравнение сырья дает связь между

составами жидкой

и паровой

частей сырьевого потока при вводе сырья в

колонну.

Пересечение линии равновесия и сырья в точке

дает составы x

=0,19 и

=0,525, полученные при вводе сырья в колонну в процессе ОИ. Пересечение

линии сырья с диагональю в точке

определяет исходную сырьевую точку.

Для определения числа теоретических тарелок надо располагать линией

равновесия и знать закон изменения сопряженных концентраций

по

высоте колонны. В диаграмме X – Y зависимость сопряженных концентраций

представляет собой рабочую линию процесса. Можно выявить характерные

точки, которые проходит рабочая линия для верхней части колонны.

По построенному графику определяем число теоретических тарелок в

колонне:

- в концентрационной части - 8 тарелок,

- в отгонной части - 9 тарелок.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

5 Расчет однократного испарения сырья при вводе его в колонну

При входе сырья в колонну происходит процесс однократного испарения,

в результате которого образуются пары G

, состава y

и жидкость g

состава

, находящиеся в равновесии

Количество паров и жидкости, поступающих в колонну:

= e·G

= 0,444·6000= 2664 кг;

= F - G

= 6000 – 2664 = 3336 кг.

Количество флегмы стекающей с тарелок верхней части колонны:

= R·G

= 2,423 · 2321 = 5623,8 кг/ч.

Масса потоков пара:

= g

+ G

= 5623,8 + 2321 = 7945 кг/ч.

Количество флегмы стекающей с тарелок нижней части колонны:

= g

+ g

= 5623,8 + 3336 = 8960 кг/ч.

Масса потоков пара:

= g

- G

= 8960 - 3679= 5281 кг/ч.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

6 Расчет внутренних материальных потоков

Температура сырья на входе в колонну t = 69°С, содержание НКК в

паровой и жидкой фазах x

= 0,37, y

= 0,56.

Количество флегмы стекающей с тарелок верхней части колонны:

= R·G

= 2,423 · 2321 = 5623,8 кг/ч.

Масса потоков пара:

= g

+ G

= 5623,8 + 2321 = 7945 кг/ч,

= g/ G = 5623,8/7945 = 0,708,

где Ф

– внутреннее флегмовое число, зависящее от отношения масс потоков

флегмы и паров.

Объем паров:

ztG

/м014,1

27311,593600

)58273(79454,22

2733600

)273(4,22















Плотность паров:

кг/м18,2

014,13600

7945

3600













Плотность жидкости, плотности жидкого ацетона и бензола при 58°C

747,0)202,58(0011,0789,0





8373,0)2058(0011,0879,0



