Расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси летучих компонентов. Основные геометрические параметры колонны

I  Задание для расчета ректификационной установки

Рассчитать ректификационную установку непрерывного действия для разделения бинарной смеси летучих компонентов (варианты задания см. таблицу, тип колонны выбрать самостоятельно, выбор колонны обосновать), используя следующие исходные данные и предположения:

Исходная смесь перед подачей в колонну нагревается до температуры кипения насыщенным водяным паром из ТЭЦ.

Давление в паровом пространстве дефлегматора 0.1 МПа.

Обозначения исходных данных (см. таблицу): П – производительность по исходной смеси, т/час; содержание легколетучего компонента х_i – в исходной смеси, х_D – в дистилляте, х_w – в кубовом остатке, % (мольн.); t_п– температура исходной смеси, поступающей на установку, °С; t_в – температура охлаждающей воды, °С; P – абсолютное давление насыщенного водяного пара, МПа.

В ходе выполнения курсовой работы требуется рассчитать:

Материальный и тепловой балансы ректификационной колонны.

Основные геометрические параметры колонны (диаметр, высоту).

Расходы греющего пара в подогревателе и кубе, расход охлаждающей воды в дефлегматоре.

Дополнительно должны быть рассчитаны:

Насос для подачи исходной смеси.

Необходимое теплообменное оборудование.

В качестве графической части работы приводятся:

Диаграммы фазового состава и температуры кипения бинарной смеси.

Схема ректификационной установки.

Чертеж ректификационной колонны.

II  Исходные данные

Исходная смесь					Бензол (а) – толуол (б)
Величина	значение		альт. единицы			комментарий
Gi	4	т/ч	1,111	кг/с		производительность по исходной смеси
Xi	31	% (мольн.)	27,58	% (масс.)		содержание легколетучего компонента в исходной смеси
XD	88	% (мольн.)	86,14	% (масс.)		содержание легколетучего компонента в дистилляте
XW	3,5	% (мольн.)	2,98	% (масс.)		содержание легколетучего компонента в кубовом остатке
tп	29	°C	302	К		температура исходной смеси, поступающей на установку
tв	20	°C	293	К		температура охлаждающей воды
P	0,33	МПа	330000	Па		абсолютное давление насыщенного водяного пара
Pд	0,1	МПа	100000	Па		Давление в паровом пространстве дефлегматора

Рассчитаем массовую долю бензола:

X     – мольная доля

<X>  – массовая доля

М_б=78

М_т=92

МСМi	87,66	-	мольная масса исходной смеси
МСМD	79,68	-	мольная масса смеси в дистилляте
МСМW	91,51	-	мольная масса смеси в кубовом остатке

III  Выбор типа колонны [1]

Бывает 2 типа ректификационных колонн непрерывного действия: насадочные и тарельчатые. Для нашего расчета возьмем насадочную колонну.

Насадочные колонны могут работать в различных гидродинамических режимах: пленочном, подвисания и эмульгирования. В колоннах большой производительностью с крупной насадкой осуществление процесса в режиме эмульгирования приводит к резкому уменьшению эффективности разделения, что объясняется существенным возрастанием обратного перемешивания жидкости и значительной неравномерностью скорости паров по сечению аппарата. Ведение процесса в режиме подвисания затруднено вследствие узкого интервала изменения скоростей пара, в котором этот режим существует. Поэтому выберем пленочный режим работы колонны.

IV  Материальный баланс [1]

Решив систему уравнения уравнений, найдем что:

GW	2,81673	т/ч	0,7824	кг/с
GD	1,18327	т/ч	0,3287	кг/с

Кривая Y* - X (рис. 1) не имеет перегибов, поэтому минимальное флегмовое число определяется последующей формуле:

Y*i определяем по графику X - Y* (рис.1) при X=Xi

Y*i	0,51
Rmin	1,85

Оптимальное флегмовое число часто определяют по следующей формуле (если кривая равновесия не имеет впадину):

R

2,705

Уравнения рабочих линий [2]:

F

3,07273

а) верней (укрепляющей части колонны) [2]:

б) нижней (исчерпывающей) части колонны [2]:

1)  Расчет расхода жидкости в колонне:

XСР.Н	-	средний мольный состав жидкости в нижней части колонны
XСР.В	-	средний мольный состав жидкости в верхней части колонны
МН	-	средние мольные массы жидкости в нижней части колонный
МН	-	средние мольные массы жидкости в верхней части колонный
LН	-	средний массовый расход по жидкости в нижней части колонный
LН	-	средний массовый расход по жидкости в верхней части колонный

XСР.Н	0,172
XСР.В	0,595
МН	89,58	кг/кмоль
МН	83,67	кг/кмоль
LН	7,686	т/ч	2,14	кг/с
LН	3,361	т/ч	0,93	кг/с

2)  Расчет расхода пара в колонне:

YСР.Н	-	средний мольный состав пара в нижней части колонны
YСР.В	-	средний мольный состав пара в верхней части колонны
М'Н	-	средние мольные массы пара в нижней части колонный
М'В	-	средние мольные массы пара в верхней части колонный
GН	-	средний массовый расход по пару в нижней части колонный
GВ	-	средний массовый расход по пару в верхней части колонный

Y* определяем по графику X - Y* (рис. 1):

Y*D	0,946
Y*W	0,088

YСР.Н	0,299
YСР.В	0,728
М'Н	87,81	кг/кмоль
М'В	81,81	кг/кмоль
GН	4,832	т/ч	1,342	кг/с
GВ	4,501	т/ч	1,250	кг/с

Рис. 1 Диаграмма равновесия Y* - X между жидкостью и паром смеси бензол