Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Материальный баланс процесса ректификации

ВВЕДЕНИЕ

Процесс ректификации находит широкое применение во многих отраслях химической, пищевой, и нефтеперерабатывающей промышленности. Для проведения ректификационного процесса применяют колонные аппараты различного типа, отличающиеся один от другого способом контакта фаз и видом контактного устройства.

Целью расчета ректификационной установки является определение основных размеров колонны, ее гидравлического сопротивления, поверхности теплообменников, материальных потоков и затрат тепла.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

Колонные аппараты предназначены для проведения процессов тепло- и массообмена: ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции. Корпуса стандартизованных колонных аппаратов изготавливаются в двух исполнениях:

Ø Корпус, собираемый из отдельных царг с фланцевыми соединениями, рассчитан на давление 1,6 МПа.

Ø Корпус цельносварной, рассчитанный на давление до 4 МПа, имеют колонные аппараты диаметром более 1000мм с интервалом изменения диаметра через 200мм. Расстояния между тарелками в зависимости от типов могут изменяться от 300 до 1000мм.

До настоящего времени не выработано обобщенных и достаточно объективных критериев выбора типа тарелки для ведения того или иного процесса. Существенную роль в этом играют сложившиеся в организациях – поставщиках традиции, опирающиеся на многолетний опыт надежной эксплуатации разрабатываемой ими массообменной аппаратуры.

Тарелки с капсульными колпачками получили наиболее широкое распространение, благодаря своей универсальности и высокой эксплуатационной надежности, они достаточно эффективны, но металлоемки и сложны в монтаже.

Тарелки, собираемые из S – образных элементов, устанавливаются преимущественно в колоннах больших диаметров. Их производительность на 20-30% выше, чем у капсульных.

Клапанные тарелки, по сравнению с колпачковыми, имеют более высокую эффективность и на 20-40% большую производительность. Они применяются для обработки жидкостей, не склонных к смолообразованию и полимеризации, во избежание прилипания клапана к тарелке.

Ситчатые тарелки имеют достаточную высокую эффективность, низкое сопротивление и малую металлоемкость. Они применяются преимущественно в колоннах для обработки чистых жидкостей при атмосферном давлении и вакууме.

Решетчатые тарелки провального типа имеют производительность в 1,5 – 2 раза большую, чем колпачковые тарелки, низкую металлоемкость. Их эффективность достаточно высока, но в узком диапазоне рабочих скоростей. Эти тарелки рекомендуется применять при больших нагрузках колонны по жидкости.

Способы выражения составов фаз

При расчете процессов ректификации составы жидкостей обычно задаются в массовых долях или в процентах, а для практического расчета удобнее пользоваться составами жидкостей и пара, выраженными в мольных долях или процентах.

Для дальнейших расчётов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в мольных долях:

(II.1.1)

где х_А – мольная доля компонента А в жидкой фазе;

- массовая доля компонента А;

М_А, М_В – молекулярные массы компонентов А и В: молекулярная масса ацетона – 58кг/кмоль, этилового спирта – 46кг/кмоль.

Материальный баланс процесса ректификации

Материальный баланс, основанный на законе сохранения массы вещества, составляется для определения количества материальных потоков в колонне.

Материальный баланс для всей колонны

(II.2.1)

где G_F – массовый расход исходной смеси, кг/с; G_D – массовый расход дистиллята, кг/с;

Материальный баланс по кубовому остатку

(II.2.2)

где G_W – массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

Из номограммы [2, с.565] следует, что при заданном давлении (760мм.рт.ст.) температура кипения ацетона равна 56⁰С, этилового спирта – 83⁰С.

В этом интервале выбирается произвольный ряд температур: 60, 64, 68, 70, 74, 78, 80. При этих температурах по номограмме [2, с.565] определяются давления паров ацетона и этилового спирта.

Для вычисления равновесных составов фаз используются законы Дальтона и Рауля.

Мольная доля низкокипящего компонента Х в жидкости определяется по уравнению

(II.2.3)

Мольная доля низкокипящего компонента в паре у^* рассчитывается по уравнению

(II.2.4)

где Р_А, Р_В – давления насыщенных паров низкокипящего и высококипящего компонентов соответственно, мм.рт.ст.; П – общее давление в системе, мм.рт.ст.

Данные по расчету равновесного состава фаз сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Равновесные составы жидкости и пар смеси ацетон – этиловый спирт при давлении 760 мм.рт.ст.

t, ⁰С	Р_{а, мм.рт.ст.}	Р_{э, мм.рт.ст.}	П, _{мм.рт.ст.}

				0,785	0,91
				0,613	0,81
				0,478	0,698
				0,405	0,639
				0,244	0,433
				0,112	0,228
				0,061	0,135

По полученным данным о равновесии между жидкостью и паром строим изобары температур кипения и конденсации смеси на диаграмме t=f(x,y) (рисунок 1) и линию равновесия на диаграмме у=f(x) (рисунок 2).

Расчет флегмового числа

Минимальное флегмовое число можно рассчитать по формуле

(II.3.1)

где - мольная доля низкокипящего компонента в паре, равновесном с исходной смесью, определяется по диаграмме х-у (рисунок 2).

Для нашего случая Отсюда

Оптимальное флегмовое число найдем из условия получения минимального объема колонны, пропорционального произведению n_T(R+1), где n_T - число ступеней изменения концентрации (теоретическое число тарелок).

Расчет оптимального флегмового числа выполняем следующим образом:

а) задаемся рядом коэффициента избытка флегмы β в пределах от 1,1 до 5,0; определяем рабочее флегмовое число и величину отрезка ;

б) откладываем отрезок В на оси ординат и проводим линии рабочих концентраций верхней и нижней частей колонны;

в) между равновесной и рабочими линиями в пределах концентраций x_W и x_D строим ступени, каждая из которых соответствует теоретической тарелке;

г) при каждом значении β определяем число теоретических тарелок n_T и величину произведения n_T(R+1).Результаты расчета сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Данные для расчета оптимального флегмового числа

β	R	B	n_T	n_T·(R+1)
1,1	2,464	0,241		55,424
1,75	3,92	0,17		59,04
	4,48	0,15		60,28
2,8	6,272	0,11		65,448
3,6	8,064	0,092		72,512

д) по данным таблицы 2 строим график зависимости n_T(R+1)=f(R) (рисунок 3) и находим минимальное значение величины n_T(R+1). Ему соответствует флегмовое число R=2,5.

Эту величину и принимаем в дальнейших расчетах за оптимальное рабочее число флегмы. Число ступеней изменения концентраций при этом равно 16.

12 3 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: