Расчет ректификационной колонны

 

Таблица – 1- Материальный баланс ректификационной колонны

Компонент	Сырье		Дистиллят		Остаток
	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч
НКК	18106,35	215,55	17015	202,62	923	11,01
ВКК	16893,04	183,62	1185	12,93	15877	172,61
Сумма	35000	399,17	18200	215,55	16800	1183,62

 

Проверка материального баланса

183,62+215,55=399,17 кмоль/ч;

18200+16800=35000 кг/ч.

 

3. Построение изобар пара и  жидкости

Построение X-Y диаграммы (кривой равновесия фаз)

Для построения кривых изобар на первом этапе необходимо определить крайние точки кривых, т. е. температуры кипения HKK и ВКК при заданном давлении в колонне П. Представим формулу Антуана в следующем виде: 

;                   (14)

;

.

Полученный интервал температур кипения разбивается на пять примерно равных интервалов, и при данных температурах рассчитываются давления насыщенных паров компонентов P1 и Р2:

  ;                   (15)

 

;  ;

;  ;

;  ;

;  ;

;  ;

;  .

По результатам расчетов составим следующую таблицу.

 

Таблица-5- Расчет кривых изобар и  кривой равновесия

Количество точек	Температура, оС	Давление насыщ паров,  Р1	Давление насыщ паров, Р2	Мольная доля НКК  в жидкой  фазе X′i	Мольная  доля НКК  в паровой  фазе Y′i
1	123,56	3,12	3,75	1	1
2	129,96	3,58	4,30	0,7350	0,8661
3	136,36	4,11	4,94	0,5095	0,7033
4	142,76	4,72	5,67	0,3157	0,5076
5	149,16	5,42	6,52	0,1475	0,2746
6	155,75	6,22	7,48	0	0

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы построим кривые изобар и кривую равновесия.

 

 

 

 

 

 

Построение X-Y диаграммы проводим в следующей системе координат: по оси абсцисс откладываем мольные доли НКК в жидкой фазе, а по оси ординат - мольные доли НКК в паровой фазе (от 0 до 1 ). Рекомендуется использовать тот же масштаб, что и при построении изобарных кривых.

Проведем диагональ в квадрате, полученном при построении системы координат, которая соответствует линии равновесия с коэффициентом относительной летучести компонентов, равным 1.

Используя предыдущие расчеты и изобарные кривые, наносим на диаграмме точки, соответствующие X′i и Y′i затем соединяем точки плавной линией.

На оси абсцисс X-Y диаграммы откладываем значение мольной доли НКК компонента в смеси X′f. Поднимем из этой точки вертикаль до пересечения с диагональю (точка N). Затем на оси абсцисс откладываем отрезок величиной X′f (1-e), эту точку обозначаем буквой А. Точка А может находиться как внутри, так и за пределами квадрата. Через точки А и N проводим луч до пересечения с кривой равновесия ( точка F). Из точки F проводим вертикальную и горизонтальную линии до пересечения с осями абсцисс и ординат, получаем соответственно точки Х′с и Y′c, отвечающие содержанию НКК  в жидкой и паровой фазах сырьевой смеси. Необходимые построения проводим на X′-Y′ диаграмме.

4. Расчет однократного испарения

 

Рассчитаем величину точки А:

.                                   (16)

5. Определение минимального парового  числа

Минимальное паровое число ( Smin ) определяется из следующего соотношения:

;                                 (17)

где значения Х′с и Y′c берутся с диаграммы.

 

Реальное паровое число:

 П=Пmin * n;                        (18)

.

Рассчитаем величину X по следующей формуле:

;                                                         (19)

.

Затем откладываем на линии Y=1 отрезок величиной 0-Х (точка Е).

6. Расчет числа теоретических тарелок графическим методом

Для определения числа теоретических тарелок нужно построить рабочие линии отпарной и концентрационной секций ректификационной колонны. Их можно построить следующим образом. Из точки пересечения линии, поднятой из точки Xw до диагонали, проводится прямая до точки Е. Таким образом мы получаем рабочую линию отпарной секции колонны. Затем мы отмечаем точку пересечения рабочей линии отпарной секции с линией, проходящей через точки А и F. Через точку пересечения линии, поднятой из точки Yd до диагонали, и вышеуказанную точку проводится вторая прямая - рабочая линия концентрационной секции колонны.

Продлеваем линию Yc-F до пересечения с рабочей линией концентрационной секции, отмечаем точку а. Обозначим точки  пересечения линии F-Xc с рабочей линией отпарной секции как в. Соединив точки а и в прямой, получим рабочую линию секции питания, которая в дальнейшем будет использоваться для перехода при расчете числа теоретических тарелок по секциям колонны.

Определение числа теоретических тарелок начинаем с концентрационной секции колонны. Из точки пересечения линии, поднятой из точки Yd до диагонали, начинаем проводить ступенчатые линии, но не между диагональю и кривой равновесия , как было в случае определения минимального числа теоретических тарелок, а между кривой равновесия и рабочей линией концентрационной секции.

Переход к расчету числа тарелок отпарной секции колонны проводим в пределах отрезка а-в (рабочей линии секции питания). Для определения числа теоретических тарелок отпарной секции колонны проводим ступенчатые линии между кривой равновесия и рабочей линией этой секции. 

Расчет заканчиваем при достижении точки пересечения линии, поднятой из точки Xw до диагонали.

Расчет можно проводить, начиная с отпарной секции колонны.

  

7. Расчет  числа реальных тарелок

 

Определим число реальных тарелок:

Концентрационная секция колонны:

;                                                           (20)

.

Отпарная секция колонны:

;                                                       (21)

.

Nсум=23+23=46 тарелок.

 

 

8. Расчет  колонны на ЭВМ

 

   РАСЧЕТ  РЕКТИФИКАЦИОННОЙ  КОЛОННЫ

   =================================

   число итераций=  4

   тем сырья=110.5     h1= 1981.34     h2= 6644.93

   Q сырья ккал/ч=   3450508  энт сырья ккал/кг= 98.6

   плотн сырья  при 20 град кг/куб м= 817.2

   =======================================

   N отп= 23    N конц= 23   давл на входе ата= 1.560

   q=  6245.7   p0= 1.560   p1=.0200   c0= 40.0   e=.58815

   ========================================================

     темп низа=135.656     p= 2.0400

   Q гор стр ккал/ч=   2498292    Q ост ккал/ч=   1051338

   число отпаривания= 2.200

       теор  тарелка N=  1

   t=133.86  p= 2.02  tсрмол  пара=107.7  M пара= 91.2

   плот жидк =780.8  плот пара = 5.52 кг/(куб.м)

   пар = 34316.0   жидкость = 50035.5 кг/час

       теор  тарелка N=  2

   t=131.76  p= 2.00  tсрмол  пара=105.9  M пара= 90.7

   плот жидк =778.0  плот пара = 5.46 кг/(куб.м)

   пар = 33846.1   жидкость = 49565.5 кг/час

       теор  тарелка N=  3

   t=129.43  p= 1.98  tсрмол  пара=103.8  M пара= 90.2

   плот жидк =774.7  плот пара = 5.41 кг/(куб.м)

   пар = 33351.3   жидкость = 49070.8 кг/час

       теор  тарелка N=  4

   t=127.03  p= 1.96  tсрмол  пара=101.5  M пара= 89.5

   плот жидк =771.0  плот пара = 5.35 кг/(куб.м)

   пар = 32874.6   жидкость = 48594.1 кг/час

       теор  тарелка N=  5

   t=124.74  p= 1.94  tсрмол  пара= 99.2  M пара= 88.9

   плот жидк =767.4  плот пара = 5.29 кг/(куб.м)

   пар = 32454.5   жидкость = 48173.9 кг/час

       теор  тарелка N=  6

   t=122.69  p= 1.92  tсрмол  пара= 97.1  M пара= 88.4

   плот жидк =764.2  плот пара = 5.23 кг/(куб.м)

   пар = 32111.4   жидкость = 47830.8 кг/час

       теор  тарелка N=  7

   t=120.97  p= 1.90  tсрмол  пара= 95.4  M пара= 87.9

   плот жидк =761.6  плот пара = 5.17 кг/(куб.м)

   пар = 31845.2   жидкость = 47564.7 кг/час

       теор  тарелка N=  8

   t=119.57  p= 1.88  tсрмол  пара= 94.1  M пара= 87.6

   плот жидк =759.7  плот пара = 5.11 кг/(куб.м)

   пар = 31642.7   жидкость = 47362.2 кг/час

       теор  тарелка N=  9

   t=118.45  p= 1.86  tсрмол  пара= 93.2  M пара= 87.3

   плот жидк =758.4  плот пара = 5.06 кг/(куб.м)

   пар = 31486.8   жидкость = 47206.2 кг/час

       теор  тарелка N= 10

   t=117.55  p= 1.84  tсрмол  пара= 92.5  M пара= 87.1

   плот жидк =757.5  плот пара = 5.00 кг/(куб.м)

   пар = 31362.4   жидкость = 47081.9 кг/час

       теор  тарелка N= 11

   t=116.79  p= 1.82  tсрмол  пара= 92.0  M пара= 87.0

   плот жидк =757.1  плот пара = 4.95 кг/(куб.м)

   пар = 31258.6   жидкость = 46978.0 кг/час

       теор  тарелка N= 12

   t=116.15  p= 1.80  tсрмол  пара= 91.7  M пара= 86.9

   плот жидк =756.9  плот пара = 4.90 кг/(куб.м)

   пар = 31167.7   жидкость = 46887.1 кг/час

       теор  тарелка N= 13

   t=115.57  p= 1.78  tсрмол  пара= 91.5  M пара= 86.9

   плот жидк =756.9  плот пара = 4.85 кг/(куб.м)

   пар = 31084.8   жидкость = 46804.3 кг/час

       теор  тарелка N= 14

   t=115.04  p= 1.76  tсрмол  пара= 91.4  M пара= 86.9

   плот жидк =757.0  плот пара = 4.80 кг/(куб.м)

   пар = 31006.9   жидкость = 46726.3 кг/час

       теор  тарелка N= 15

   t=114.54  p= 1.74  tсрмол  пара= 91.3  M пара= 86.8

   плот жидк =757.2  плот пара = 4.75 кг/(куб.м)

   пар = 30931.9   жидкость = 46651.4 кг/час

       теор  тарелка N= 16

   t=114.06  p= 1.72  tсрмол  пара= 91.2  M пара= 86.8

   плот жидк =757.5  плот пара = 4.70 кг/(куб.м)

   пар = 30858.6   жидкость = 46578.1 кг/час

       теор  тарелка N= 17

   t=113.58  p= 1.70  tсрмол  пара= 91.2  M пара= 86.8

   плот жидк =757.8  плот пара = 4.65 кг/(куб.м)

   пар = 30786.2   жидкость = 46505.7 кг/час

       теор  тарелка N= 18

   t=113.11  p= 1.68  tсрмол  пара= 91.2  M пара= 86.8

   плот жидк =758.1  плот пара = 4.60 кг/(куб.м)

   пар = 30714.2   жидкость = 46433.6 кг/час

       теор  тарелка N= 19

   t=112.65  p= 1.66  tсрмол  пара= 91.2  M пара= 86.8

   плот жидк =758.4  плот пара = 4.55 кг/(куб.м)

   пар = 30642.1   жидкость = 46361.6 кг/час

       теор  тарелка N= 20

   t=112.18  p= 1.64  tсрмол  пара= 91.1  M пара= 86.8

   плот жидк =758.8  плот пара = 4.50 кг/(куб.м)

   пар = 30569.9   жидкость = 46289.4 кг/час

       теор  тарелка N= 21

   t=111.70  p= 1.62  tсрмол  пара= 91.1  M пара= 86.8

   плот жидк =759.1  плот пара = 4.45 кг/(куб.м)

   пар = 30497.4   жидкость = 46216.9 кг/час

       теор  тарелка N= 22

   t=111.23  p= 1.60  tсрмол  пара= 91.1  M пара= 86.8

   плот жидк =759.5  плот пара = 4.40 кг/(куб.м)

   пар = 30424.5   жидкость = 46143.9 кг/час

       теор  тарелка N= 23

   t=110.75  p= 1.58  tсрмол  пара= 91.1  M пара= 86.8

   плот жидк =759.8  плот пара = 4.35 кг/(куб.м)

   пар = 30351.0   жидкость = 46070.5 кг/час

   ==============================

     тем верха= 86.47  p= 1.10

   g0=1.31107   l0=0.74005   крат орош= 1.30

   Q дист ккал/ч= 365223.4   Q КВО ккал/ч= 4532239.5

   кол пара сверху  колонны кг/ч=   44268   м3/ч= 14062

   Сумма дист  и орош из емкости куб м/ч=   57.7

   Орош в колонну  куб м/ч=   32.6

   ==============================

       теор  тарелка N= 45

   t= 88.98  p= 1.120  tсрмол пара= 83.5  M пара= 84.7

   плот жидк =735.1  плот пара = 3.20 кг/(куб.м)

   пар =   51244   жидкость =   31963 кг/час

       теор  тарелка N= 44

   t= 91.75  p= 1.140  tсрмол пара= 85.1  M пара= 85.2

   плот жидк =740.8  плот пара = 3.24 кг/(куб.м)

   пар =   51121   жидкость =   31840 кг/час

       теор  тарелка N= 43

   t= 94.50  p= 1.160  tсрмол пара= 86.7  M пара= 85.6

   плот жидк =747.3  плот пара = 3.29 кг/(куб.м)

   пар =   51060   жидкость =   31780 кг/час

       теор  тарелка N= 42

   t= 96.96  p= 1.180  tсрмол пара= 88.2  M пара= 86.0

   плот жидк =753.4  плот пара = 3.34 кг/(куб.м)

   пар =   51062   жидкость =   31782 кг/час

       теор  тарелка N= 41

   t= 98.99  p= 1.200  tсрмол пара= 89.5  M пара= 86.3

   плот жидк =758.5  плот пара = 3.39 кг/(куб.м)

   пар =   51100   жидкость =   31819 кг/час

       теор  тарелка N= 40

   t=100.60  p= 1.220  tсрмол пара= 90.4  M пара= 86.6

   плот жидк =762.2  плот пара = 3.45 кг/(куб.м)

   пар =   51143   жидкость =   31862 кг/час

       теор  тарелка N= 39

   t=101.85  p= 1.240  tсрмол пара= 91.0  M пара= 86.7

   плот жидк =764.7  плот пара = 3.50 кг/(куб.м)

   пар =   51174   жидкость =   31893 кг/час

       теор  тарелка N= 38

   t=102.85  p= 1.260  tсрмол пара= 91.4  M пара= 86.9

   плот жидк =766.1  плот пара = 3.55 кг/(куб.м)

   пар =   51186   жидкость =   31906 кг/час

       теор  тарелка N= 37

   t=103.67  p= 1.280  tсрмол пара= 91.7  M пара= 86.9

   плот жидк =766.8  плот пара = 3.60 кг/(куб.м)

   пар =   51183   жидкость =   31903 кг/час

       теор  тарелка N= 36

   t=104.37  p= 1.300  tсрмол пара= 91.8  M пара= 87.0

   плот жидк =767.1  плот пара = 3.65 кг/(куб.м)

   пар =   51168   жидкость =   31888 кг/час

       теор  тарелка N= 35

   t=105.00  p= 1.320  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =767.0  плот пара = 3.70 кг/(куб.м)

   пар =   51145   жидкость =   31864 кг/час

       теор  тарелка N= 34

   t=105.58  p= 1.340  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =766.8  плот пара = 3.75 кг/(куб.м)

   пар =   51117   жидкость =   31836 кг/час

       теор  тарелка N= 33

   t=106.12  p= 1.360  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =766.5  плот пара = 3.80 кг/(куб.м)

   пар =   51085   жидкость =   31804 кг/час

       теор  тарелка N= 32

   t=106.64  p= 1.380  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =766.1  плот пара = 3.85 кг/(куб.м)

   пар =   51052   жидкость =   31771 кг/час

       теор  тарелка N= 31

   t=107.14  p= 1.400  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =765.7  плот пара = 3.90 кг/(куб.м)

   пар =   51017   жидкость =   31737 кг/час

       теор  тарелка N= 30

   t=107.64  p= 1.420  tсрмол пара= 91.9  M пара= 87.0

   плот жидк =765.2  плот пара = 3.95 кг/(куб.м)