Примеры расчета воздухоразделительных аппаратов. Расчет числа тарелок по методу Поншона. Гидравлический расчет

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ВОЗДУХОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Пример 1. Рассчитать по методу Мак-Кэба-Тиле и по методу Поншона аппарат двукратной ректификации с вводом парообразного детандерного воздуха в колонну окончательного разделения для получения газообразного кислорода с концентрацией у_к=0,01 моль/моль и азота с концентрацией  у_А=0,98 моль/моль Количество перерабатываемого воздуха равно 1,84 кмоль/с. Количество детандерного воздуха при D=0,2 моль/моль составляет 0,368 кмоль/с. Среднее давление в колонне предварительного разделения равно 0,59 МПа, в колонне окончательного разделения 0,138 МПа. Состояние подаваемого па разделение воздуха — сухой насыщенный пар. Воздух рассматривается как двухкомпонентная смесь, содержащая 0,21 моль/моль кислорода и 0,79 моль/моль азота; в ма-   териальном и тепловом балансах аргон условно отнесен к азоту. Провести гидравлический расчет колонн предварительного и окончательного разделения

Материальные  балансы. Для расчета числа тарелок необходимо определить количество получаемого кислорода:

 моль/моль или кмоль/с количество отводимого азота

  моль/моль или   кмоль/с количество расходуемого воздуха

  моль/моль

На основании опытных данных принимаем концентрацию кубовой жидкости х_R == 0,62 моль/моль. Концентрация азотной флегмы х_N равна концентрации отводимого газообразного азота у_А. Из колонны отбирается обогащенная кислородом жидкость в количестве

 моль/моль или    кмоль/с и азотная флегма в количестве

  моль/моль или  кмоль/с

Расчет числа тарелок по методу Мак-Кэба-Тиле. Рабочая линия колонны предварительного разделения определяется уравнением (IV-32), поскольку рассматриваем только укрепляющую часть. Это уравнение соответственно принятым обошачениям получает следующий вид:

Производя построение получим число теоретических тарелок n_т=8.

Для колонны окончательного разделения с несколькими вводами или выводами материальных или тепловых потоков при выводе уравнения рабочей линии какого-либо участка удобно пользоваться методикой, которая рассматривается на примере участка между вводом кубовой жидкости и верхом колонны. Составляют материальный баланс по низкокипящему компоненту контура, проходящего через данное сечение колонны I-I и включающего верх или низ колонны:

Уравнение рабочей линии

Очевидно, что количество пара, поднимающегося по этому участку колонны, равно количеству отводимого азота, уменьшенному на то количество пара, которое образуется при дросселировании азотной флегмы. Обозначая долю испарившейся жидкости, которая определяется с учетом переохлаждения по диаграмме I-x, через I-d_N имеем:

Уравнение рабочей линии для рассмотренного участка без учета незначительного изменения концентрации азотной флегмы при дросселировании после подстановки численных значений, включая d_N = 0,94, принимает следующий вид:

Соответствующие вычисления для участка колонны между вводом детандерного воздуха и вводом обогащенной кислородом жидкости приводят в сечении колонны II-II (см. рис. 75) к следующему уравнению:

Для   участка между низом колонны и вводом детандерного воздуха в сечении колонны III-III получаем:

При определении числа действительных тарелок по уравнению (IV-34) рекомендуется пользоваться следующими численными значениями КПД тарелки для различных участков колонны, учитывающими влияние аргона:

Колонна предварительного разделения………0,3-0,5

Колонна окончательного разделения:

Нижний участок………………………………..0,2-0,3

Верхний участок………………………………..0,3-0,5

Расчет числа тарелок по методу Поншона. Координаты полюса колонны предварительного разделения определяются уравнениями (IV-39) и (IV-40), которые для данных условий принимают следующий вид:

Тепловая нагрузка конденсатора Q_конд определяется из теплового баланса колонны или графическим построением :

 кДж/кмоль, откуда   Дж/моль