Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн

Рефераты по физике » Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн

Цель работы: Рассчитать комплекс для разделения трёхкомпонентной смеси из двух ректификационных колонн. Для каждой колонны рассчитать оптимальное число тарелок и зону питания. Выбрать, какой тип разделения оптимален по энергозатратам.

Исходные данные:

Поток питания: F = 150 кмоль/час;

Состав исходной смеси: ХF метилформиата = 0,4 мол.д.;

ХF метилацетат = 0,3 мол.д.;

ХF пропилформиат = 0,3 мол.д.

Требуемая чистота разделения: Хпродукта =0,99 м.д.

Таблица 1. Коэффициенты уравнения Антуана и температуры кипения чистых веществ.

Вещество Т кип ,ºС Т кип , К А В С
Метилформиат 31,58 304,73 16,5104 2590,87 -42,60
Метилацетат 56,47 329,62 16,1295 2601,92 -56,15
Пропилформиат 81,37 354,52 15,7671 2593,95 -69,69

В качестве термодинамической модели выбираем модель UNIFAC.

Первое заданное разделение:

Проводим поверочный расчёт первой колонны и добиваемся чистоты легкокипящего продукта (метилформиат) в дистилляте 0,99 м.д. Затем проводим проектно-поверочный расчёт первой колонны, результаты которого представлены в табл.2.


Таблица 2. Результаты проектно-поверочного расчёта для первой колонны при первом заданном разделении.

R Q кип , МВт N общ N питания
1,5 1,1978 25 12
1,5 1,1827 20 10
1,6 1,2391 20 10
2 1,4364 19 10
3 1,9050 15 7
5 2,866 14 7
10 5,04 10 5
25 7,06 7 3

На основании табл.2 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок,

На основании зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок в первой колонне при первом заданном разделении – это 20, а оптимальная тарелка питания в этом случае – 10ая.

Проводим поверочный и проектно-поверочный расчёт для второй колонны. Результаты проектно-поверочного расчёта представлены в табл.3.

Таблица 3. Результаты проектно-поверочного расчёта для второй колонны при первом заданном разделении

R Qкип , ГДж/час Nобщ Nпитания
1,5 1,0693 40 20
2 1,1514 25 12
2,5 1,3328 20 10
3 1,4708 17 8
3,5 5,0589 12 6

На основании табл.3 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис.3 и 4.

Рис. 4. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q кип , МВт , от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении

На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении – это 20, а оптимальная тарелка питания – 10ая.

Схема рассчитанного комплекса представлена на рис.5.


Второе заданное разделение:

Проводим поверочный расчёт первой колонны и добиваемся чистоты тяжелокипящего продукта (пропилформиат) в кубе 0,99 м.д. Затем проводим проектно-поверочный расчёт первой колонны, результаты которого представлены в табл.4.

Таблица 4. Результаты проектно-поверочного расчёта для первой колонны при втором заданном разделении.

R Qкип , ГДж/час Nобщ Nпитания
0,5 1,4881 35 17
1 1,4820 30 15
1,5 1,5471 25 12
2,0 1,7212 20 10
2,5 2,5534 15 7
6,5 18,04 12 6

На основании табл. 4 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис. 6 и 7.

На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок в первой колонне при втором заданном разделении – это 22, а оптимальная тарелка питания– 11ая.

Проводим поверочный и проектно-поверочный расчёт для второй колонны. Результаты проектно-поверочного расчёта представлены в табл.5.


Таблица 5. Результаты проектно-поверочного расчёта для второй колонны при втором заданном разделении.

R Qкип , ГДж/час Nобщ Nпитания
1,1 1,0223 30 15
1,4 1,1575 25 12
1,5 1,2103 20 10
2,0 1,4258 15 8
3,0 1,8943 13 7

На основании табл.5 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис.8 и 9.

На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок во второй колонне при втором заданном разделении – это 25, а оптимальная тарелка питания – 12ая.


Выводы:

В табл.6. сведены итоги расчёта схемы разделения трёхкомпонентной смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат по первому и второму заданному разделению.

Таблица 6. Итоги расчёта.

Схема разделения Колонна R Q кип , МВт Суммарная Q кип в двух колоннах, МВт
1ое заданное 1 1,5 1,1827 2,5155
1ое заданное 2 2,5 1,3328
2ое заданное 1 1,75 1,6167 2,7742
2ое заданное 2 1,4 1,1575

По суммарной нагрузке на конденсатор в обеих колоннах можно сделать вывод, что первое заданное разделение будет менее энергозатратно.

Таким образом, параметры схемы разделения смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат таковы:

1 колонна: H = 20 тарелок; Nпитания = 10 тарелка;

2 колонна: H = 20 тарелок; Nпитания = 10 тарелка;

Тип разделения: первое заданное.