Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа

Страницы работы

Содержание работы

РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Рассчитать и спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения под атмосферным давлением бинарной смеси этанол-вода в схеме производства этанола сернокислотной гидратацией этилена.

Производительность установки по исходной смеси ‑ GF=13т/ч. Массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси ‑ aF=32%масс, в дистилляте ‑ aД=90%масс, в кубовом остатке ‑ aW=0,9%масс.

Давление греющего пара p = 250 кПа, температура исходной смеси tсм = 24ºС. Смесь этанол – вода подается в ректификационную колонну при температуре кипения. Температура кубового остатка после выхода его из холодильника tхол.W = 45 ºС, температура дистиллята после холодильника            tхол = 33 ºС. Тип контактирующих устройств – колпачковые тарелки типа ТСК.

Технологический расчет

Технологическийрасчет ректификационной колонны сводится к вычислению материальных потоков в колонне; параметров, определяющих режим работы колонны (минимального и рабочего флегмового числа); основных геометрических характеристик колонны – диаметра, высоты и некоторых ее элементов – расстояния между тарелками, диаметров штуцеров и т. п.; гидравлического сопротивления колонны; тепловых потоков в ней, позволяющих определить расход греющего пара на колонну, расход воды на дефлегматор и т.д.

При расчете процесса ректификации принимаются следующие допущения:

- концентрация паров, покидающих колонну, равна концентрации дистиллята, возвращаемого в колонну на орошение (уД = хД);

- концентрация паров, образующихся в кипятильнике, равна концентрации кубового остатка (уW =  хW);

- cкрытые мольные теплоты парообразования компонентов смеси равны rA = rB, а это значит, что каждый кмоль сконденсировавшегося пара испаряет 1 кмоль жидкости, вследствие чего, количество поднимающегося пара и стекающей жидкости по высоте колонны не изменяется, а лишь меняется их состав. Это допущение позволяет вести расчет процесса ректификации не в весовых, а в молярных величинах;

- исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения.

Материальные расчеты процесса ректификации. Количество дистиллята и кубового остатка определяем путем совместного решения уравнений материального баланса

,                            (1)

где GF = 13 т/ч – производительность установки по кубовому остатку; aF= 32 % масс. – концентрация метанола в исходной смеси; aД = 90 % масс. – концентрация метанола в дистилляте; aW = 0,9 % масс. – концентрация метанола в кубовом остатке.

Тогда

GД=GF – GW

 

GW =8,46 т/ч

GД  =4,54 т/ч

Проверка:

4,16=4,16 т/ч

Количество продуктов ректификации определено верно.

Определение минимального и рабочего флегмового числа. Флегмовым числом называется отношение количества флегмы, направляемой в колонну, к количеству дистиллята, отбираемого в ходе процесса из нее. Оно показывает, в каком соотношении пары, поднимающиеся из колонны и сконденсированные в дефлегматоре, делятся на флегму и дистиллят.

Флегмовое число является важнейшим показателем работы колонны, определяющим и ее размеры (высоту) и расход пара на колонну. Минимальное флегмовое число определим аналитическим и графоаналитическим способами. Для их реализации необходимо построить фазовую диаграмму у–х по экспериментальным данным [25], представленным в табл. 1.

Таблица 1
Равновесные составы жидкости (x) и пара (y) и температуры кипения (t) бинарной смеси метанол – вода
x, мол %	y, мол %	t, ºС	Р, мм рт. ст.
0	0	100	760
5	33,2	90,5	
10	44,2	86,5	
20	53,1	83,2	
30	57,6	81,7	
40	61,4	80,8	
50	65,4	80	
60	69,9	79,4	
70	75,3	79	
80	81,8	78,6	
90	89,8	78,4	
100	78,4	64,5	

По данным табл. 1 строим фазовую диаграмму y-x (рис. 1) и диаграмму tyx (рис. 2). Так как диаграммы построены для составов фаз, выраженных в мольных долях (концентрациях), то пересчитываем заданные массовые концентрации в мольные по формуле

.                                (2)

Индексы «А» и «В» относятся к низкокипящему и высококипящему компонентам смеси, соответственно: МА = 46кг/кмоль (этанол С2H5OH); МВ = 18 кг/кмоль (вода Н2О), здесь М – молекулярная масса компонента.

 мол. дол.

мол. дол.,

мол. дол.

Минимальное флегмовое число определим по формуле

,               (3)

где  мол. дол. – состав пара, равновесный составу питательной смеси (рис. 1).

Определим значение минимального флегмового числа другим способом. На диаграмме yx (рис. 1) из точки 1 (xД, yД) через точку 2 (xF, ) проводим прямую до пересечения с осью ОY. Отрезок, отсекаемый по оси ОY, обозначим через Вmax.

Из уравнения линии рабочих концентраций для верхней части колонны (для минимального флегмового числа)

.                                   (4)

Из (4) следует, что

.

Выполнив на yx-диаграмме необходимые построения, определим Вmax = 0,42. Значение минимального флегмового числа

.

Значение минимального флегмового числа, определенного разными способами различны (0,81 ≠ 0,85), поэтому в дальнейшем расчете будем использовать среднее значение минимального флегмового числа

.

Рабочее флегмовое число также определим двумя способами.

Воспользуемся рекомендацией [29] и формулой

                                                                 .                                                                  (5)

Тогда

.

Рабочее флегмовое число рекомендуется также определять по формуле [7, 22, 25, 29]

                                                                   ,                                                                          (6)

где β – коэффициент избытка флегмы.

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
1011 Kb
Скачали:
0