Химия \ Процессы и аппараты химической технологии

Ректификация. Определение диаметров штуцеров. Определение площади поверхности теплопередачи кипятильника и дефлегматора, страница 3

2. Пример расчета

В качестве примера рассчитывается вариант контрольного задания 1 (табл. 1). 

Исходные данные: произв. колонн СTF = 8485 кг/ч, НКК – метиловый спирт, ВКК – вода, и т. д.

2.1. Составление материального баланса колонны

Массовые расходы дистиллята GD и кубового остатка G определяются соответственно по уравнениям (2) и (3):

GD = 8485 = 5626.9 кг/ч;

G = 8485 = 2858.1 кг/ч.

Проверка:

GF = GD + G,

8485 = 5626,9 + 2858,1.

Массовые расходы метилового спирта и воды в сырье, дистилляте и кубовом продукте определяются соответственно по формулам (4) – (6):

Gнк.кF = кг/ч;

Gнк.кD = кг/ч;

Gнк.к =  кг/ч;

Gвк.кF =  кг/ч;

Gвк.кD =  кг/ч;

Gвк.к =  кг/ч.

Проверка:

GiF = GiD + Gi,

5515,3 = 5458,1 + 57,2,

2969,7 = 168,8 + 2800,9.

Мольные расходы метилового спирта и воды в сырье, дистилляте и кубовом продукте рассчитываются по формулам (7) – (9):

Nнк.кF =  = 172,4 кмоль/ч;

Nнк.кD =  = 170,6 кмоль/ч;

Nнк.к =  = 1,8 кмоль/ч;

Nвк.кF =  = 165,0 кмоль/ч;

Nвк.кD =  = 9,4 кмоль/ч;

Nвк.к =  = 155,6 кмоль/ч.

Проверка:

NiF = NiD + Ni,

172,4 = 170,6 + 1,8,

165 = 9,4 + 155,6.

Мольные доли метилового спирта  воды в сырье, дистилляте и кубовой жидкости определяются по формулам (10) – (12):

xнк.кF =   = 0,51;

xвк.кF =  = 0,49;

xнк.кD =  = 0,95;

xвк.кD =  = 0,05;

xнк.к =  = 0,01;

xвк.к =  = 0,99.

Проверка:

* =  =  = 1,0,

0,51 + 0,49 = 1,0,

0,95 + 0,05 = 1,0,

0,01 + 0,99 = 1,0.

Материальный баланс колонны представлен в табл. 2.1.


Материальный баланс колонны.                                                                                                                        Таблица 2.1.

Компонент

Молярная масса М, кг/моль

Сырье

Дистиллят

Кубовый остаток

Массовый расход GiF

Массовая доля

Мольный  расход NiF, кмоль/ч

Мольная доля xiF

Массовый расход GiD

Массовая доля

Мольный расход NiD, кмоль/ч

Мольная доля xiD

Массовый расход Giw, кг/ч

Массовая доля

 

Мольный расход Niw, кмоль/ч

Мольная доля xiw

Мети-

ловый

спирт

32

5515,3

0,65

172,4

0,51

5458,1

0,97

170,6

0,95

57,2

0,02

1,8

0,01

Вода

18

2969,7

0,35

165,0

0,49

168,8

0,03

9,4

0,05

2800,9

0,98

155,6

0,99

Сумма

8485

1,0

337,4

1,0

5626,9

1,0

180

1,0

2858,1

1,0

157,4

1,0

2.2. Определение давления в колонне

В рассматриваемом примере в верхнем продукте содержится 95 % (мольных) метанола, поэтому температура кипения такой смеси будет незначительно отличаться от температуры кипения чистого метанола, которая при атмосферном давлении составляет 64,59 °C. В этом случае в дефлегматоре для конденсации паров, поступающих сверху колонны, можно использовать воду. При этом нет необходимости значительно повышать давление в колонне по сравнению с атмосферным. В то же время температура кипения смеси в кубе колонны не может значительно отличаться от температуры кипения высококипящего компонента – воды, так как содержание воды в кубовом продукте составляет 99 % (мольных). Следовательно, температура в кубе колонны будет близкой к 100 °C. Такая температура не вызовет затруднений при выборе теплоносителя для использования его в кипятильнике колонны.

Поскольку при давлении в колонне, близком к атмосферному, обеспечиваются приемлемые значения температур верха и куба колонны, целесообразно принять давление наверху колонны pв  несколько больше атмосферного для преодоления гидравлических сопротивлений в шлемовой  трубе и дефлегматоре.

Принимаем давление верха колонны pв = 112 кПа; число реальных тарелок в верхней части колонны n = 9, в нижней части колонны – m = 9; гидравлическое сопротивление тарелок в верхней части Rв = 350 Па, в нижней части  Rи= 520 Па. Тогда давление в зоне питания pз.п и нижней части колонны pн в соответствии с формулами (13) и (14) составит:

 кПа;

 кПа.

2.3. Построение диаграммы фазового равновесия

                  координатах y – x

Для системы метиловый спирт – вода равновесные зависимости для давления p = 101 кПа (близкого к давлению в зоне питания) приведены в работах [11, 25]. Равновесные составы паровой и жидкой фаз и температура кипения смесей представлены в таблице 2.2.

Скачать файл