Расчет ректификационной колонны

 

4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

 

    Из  сырьевой емкости 4 (Е-1) смесь откачивается насосом 1(Н-1), и поступает в кужухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой 7 (Т-1), и в парожидкостном состоянии поступает в эвопарационное пространство колонны 6 (К-1).

    С верха колонны дистиллят поступает в кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой 9 (Т-2) куда в межтрубное пространство противотоком подается вода, образовавщийся конденсат поступает в емкость 8 (Е-2) откуда откачивается насосом 2 (Н-2) и делится на потока.

    Первый  поток под верхнюю тарелку колонны в качестве орашения, а балансовое количество отводится с установки.

    С куба колонны отводится кубовая житкость и поступает в рибойлер 5(Т-3), куда предварительно подается перегретый водяной пар. Конденсат перетекает через переливную переливную перегородку и откачивается насосом 3(Н-3) с установки, не сконденсировавшаяся часть возвращается обратно в колонну под нижнюю тарелку.

 

5. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИМЕНЯЕМОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

    Ректификационная  колонна позволяет разделить  смесь, отличающуюся по температурам кипения между жидкостью и паром.

    Теплообменник с плавающей головкой, так как  возможна замена трубчатого пучка и  корпуса, так же возможна замена трубчатого пучка, а за счет плавающей головки  возможны перепады температур.

    Рибойлер  был выбран так как испаряет до 80 процентов  жидкости, что улучшает процесс ректификации и добавляет одну теоретическую тарелку. Идет малое гидравлическое сопротивление. Можно использовать греющий пар высокого давления так как он подается в трубное пространство, а трубки выдерживабт большее давление чем корпус. 

 

    2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

    2.1 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РЕКТИФИКАЦИОННОЙ  КОЛОННЫ 

    Производительность  по дистилляту D и кубовому остатку W определяется по уравнению материального баланса ректифик. колонны:

     _{,                                                                                                           (1)[2]}

    _где:

    _{F-расход смеси [кг/ч]}

    _{D-дистиллят[кг/ч]}

    _{W-кубовый остаток [кг/ч]}

    _{F*XF=D*XD+W*XW                                                                       (2) [1]}

    _где:

    _{XF, XD, XW –содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и кубовом остатке соотвецтвенно. [масс.доли]}

    _{Откуда:}

                                                                                 _{(3) [2]}

    

    _{D=F-W                                                                                              (4) [3]}

    _{D=14000-12018=1981,6 кг/ч} 
 
 
 
 
 
 
 
 

    _{Таблица 3 – Мат.баланс колонны} 

			питание F					дистиллят D				куб W
№	Наименование	М	кг/ч	масс.дол%	к/моль ч	мольн.дол	кг/ч		масс.дол%	к/моль ч	мольн.дол	кг/ч	масс.дол%	к/моль ч	мольн.дол
1	толуол	92,14	1960	14	21,27	15,08	1942		98	21,07	98,3	18,03	0,15	0,2	1,81
2	ксилол	106	12040	86	113,4	84,2	39,63		2	0,37	1,7	102,16	0,85	0,96	98,19
	итого		14000	100	134,67	100	1981,6		100	21,44	100	12018	100	100	100

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ КОЛОННЫ

 

    Выбираем  хладагент для конденсации:

    хим.очищенная  вода.

    Определяем  температуру конца конденсации:

    t_к.к=t_к Х_А+(20…40)                                                                                      (5) _[2]

    t_к.к=15+30=45⁰С

    Константы Антуана:

    для толуола:

    А= 6,95334

    В= 1343,94                                                                                                       [25 ÷ 200]

    С=219,38

    для ксилола:

         А=7,35638 
         В=1671,8                                                      [25÷50] 
         С=231,0 

          А=6,99891 
         В=1474,68                                                           [50÷200] 
          С=213,69

    Определяем  парциальное давление компонентов  при температуре конденсации:

                                                                                          (6) _[2]

    где  давление насыщенного пара i-го компонента, мм.рт.ст;

          А, В, С – константы  уравнения Антуана;

           температура, °С. 

    Толуол  МПа 
 
 
 

    Ксилол  

МПа 

Определяем  при Р_общ=0,1МПа

                                                                                                           (7) _[2]

    где  константа фазового равновесия;

      парциальное давление компонента в смеси, МПа;

      общее давление компонента  в смеси, МПа. 

    Р_конд.=∑х^D*Р_i⁰                                                                                                               (8) _[1]

    Где Х_D -мольная доля в дистилляте

    Р_конд=0,983*0,0098+0,017*0,0026=0,0096334+0,0000442=0,097МПа

    Определяем  давление верха колонны Р_v:

    Р_v=Р_конд.+∆Р_шлем                                                                                           (9) _[3]

    где P_v  - давление в верху колонны, МПа;

    Р_конд – давление конденсации, МПа;

     - перепад давлений на шлемовую  линию,

    принимается 0,01÷0,05 МПа.

    Р_v=0,0097+0,05=0,0597 МПа 

    Определяем  температуру верха колонны t_v, она определяется по изотерме паровой фазы ∑ =1                                                                                           (10) _[1]

    где

    у_i- мольная доля компонента

    К_i- константа фазового раывновесия 
 
 
 
 

    Таблица 4-определение температуры верха колонны 

№	наименование	Мол.дол	1= 45°С		2=85°С		3=90°С
			Кi		Кi		Кi
1	толуол	0,983	0,16415	5,9884	0,761	1,2917	0,8965	1,0965
2	ксилол	0,017	0,04355	0,039	0,254	0,0669	0,3063	0,0555
	итого	1,000	6,0274	6,0274	1,015	1,3586	1,2028	1,152

 
 

    при 45°С

    толуол  К_i =

    ксилол  К_i =

    при 85°С

    толуо

    ксилол   
 
 
 
 

      
 

Проверка:

Толуол

Ксилол

Таблица 5 – определение температуры верха колонны

№	Наименование	Мол.дол.	t=93,6
1	Толуол	0,983	1,00589	0,9772
2	Ксилол	0,017	0,34912	0,0487
	итого	1,000	1,355	1,0259

 

1,0259≈1,0000=1 t_v=93,6 °С 
 
 
 

Определяем  давление на тарелке питания

      Р_f = P_v+∆Р_укр,         (11) _[2] 

где Р_v - давление верха колонны, МПа;

      Р_f – давление питания колонны, МПа;

      ∆Р_укр – перепад давлений в укрепляющей части колонны, МПа.

      Принимаем перепад давлений в укрепляющей  части          МПа.

      Давление  питания (Р_f) определяем по уравнению(8):

Р_f=0,0597+0,02=0,0797МПа. 

Определяем  температуру питания колонны  по изотерме жидкой  ∑х_Fi*κ_i=1.  

Таблица 6 – Определение температуры питания колонны 

№	наименование	ХFi	t=100°С		t=130°С		t=128,8°С
			Кi	ХFi *Кi	Кi	ХFi *Кi	Кi	ХFi *Кi
1	Толуол	0,158	0,9184	0,1451	2,11066	0,33348	2,0472	0,32346
2	Ксилол	0,842	0,031	0,0261	0,84291	0,70973	0,8142	0,6856
	Итого	1,000	0,9494	0,1712	2,95357	1,0432	2,2314	1,009