3.2 Расчёт ректификационной колонны (рк)

Исходные данные:

количество сырья на ректификацию G= 97,222т/ч

Содержание низкокипящего ξ_Р =0.95

компонента (бензол)

Остаток ξ_R =0.04

Температура поступающего сырья t_c -=98 °С

Содержание бензола в исходном сырье а =0.42

Для удобства расчёт ведём на 100кг исходного сырья.

1. По заданной четкости ректификации определяем количество ректификата

D = L*( a - ξ_R)/( ξ - ξ)

D = 100*(0.42-0.04)/(0.95-0.04) = 41.7 кг (18)

где: D- количество ректификата

L- исходное сырье

ξ_R- содержание остатка

ξ_Р- содержание ректификата

а - содержание бензола

2. Вес остатка находим по разности

R = L – D

R = 100-41.7=58.Зкг (19)

По изобарной кривой находим содержание низкокипящего компонента в

паровой и жидкой фазах на входе в колонну при температуре сырья t=98°,

η_o =0,595, ξ_o=0,37

Доля отгона по уравнению материального баланса однократного испарения

e=

e= (20)

Отсюда находим количество паров и жидкости, поступающих в колонну

e*L

(21)

=L-

=100-35.4=64.6 кг (22)

Минимальное количество орошения. При минимальном количестве орошения число теоретических тарелок равно бесконечности. При конечном числе тарелок количество орошения долино быть больше минимального, так как работать с большим избытком орошения нецелесообразно. Принимаем количество орошения g₂ = 85кг.

Построим прямую орошения для концентрационной части колонны (количество орошения по высоте колонны остается постоянным).

Она пройдет через точки

1)ξ= =0,95, ŋ= =0,95(точка А) (23)

2)ξ=0, ŋ= (24)

Полученные точки наносим на график (рис 1) и проводимпрямую орошения АВ. Количество флегмы, поступающей в отгонную часть колонны равно

g₂+ g_о=85+64.6=149.6 к² (25)

Количество парового орошения

G=149.6-58.3=91.3кг (26)

Уравнение прямой орошения отгонной части колонны

(G+R)*ξ' =G'*ŋ'+R*

Прямая орошения пройдет через точки 1) ŋ=ξ_R =0.04, ξ= ξ_R =0.04

(27)

Прямая орошения DЕ отгонной части колонны при допущении постоянства количества орошения.

Число теоретических тарелок концентрационной части 9 тарелок, в отгонной части 10.Теплоемкости компонентов сырья близки между собой и могут быть приняты одинаковыми 0.47 ккал/кг* °С. Скрытая теплота испарения бензола r_a =94 ккал/кг и толуола r_w =84ккал/кг.

Приход тепла

1)с сырьем

GI+gI

G=35.4*134+64.4*44.7=7622.28 ккал (28)

2) сообщается через кипятильник

Q= *r= (0,04*94+0,94*84)=82,72 ккал (29)

Итого Q_сум=7622.28+82.72=7705 ккал (30)

По изобаре рис2 находим, что температура ректификата t = 81 С и температура остатка t=109 С

Расход тепла

1) тепло, отнимаемое орошением

= r =85*(0.95*94+0.02*84)=7733.3 ккал (31)

2) уходит с ректификатом

=41.7*(0.47*81+0.95*94+0.02*84)=3812.48 ккал (32)

3) уход с остатком

=55.7*0.47*109=2840ккал (33)

Итого Q=7733.3+3812.48+2840=14385.78ккал (34)

Из равенства прихода и расхода находим массу парового орошения в нижней части колоны (подводимого из кипятильника)

(35)

Переходим к расчету колонны.

Колонна служит для разделения 97 222кг/ч нефтяного сырья.

Максимальный объем паров будет в верхнем сечении колонны, так как их молекулярный вес наименьший, а разница между количеством паров в верхнем сечении колонны и в эвапорационном пространстве незначительна.

Количество паров в верхнем сечении колонны

G₁= g₁+D

85+ 41.7= 126.7кг на 100 кг сырья (36)

Или

126.7*(97222 / 100) = 25340кг/ч (37)

Объем паров в верхнем сечении колонны

V_сек=(G*22.4*T*π)/(M*273* π*3600) (38)

V_сек=(25340*22.4*353.5*1)/(78*273*1*3600)=2.61м/сек (39)

Расстояние между тарелками 0.6х и скорость паров в колонне 0.7

Сечение колонны

S= V_сек /w

S=2.61/0.7=3.72м (40)

Диаметр колонны

d=

d= =2.17м (41)

По конструктивным соображениям принимаем d = 2.2 м

Коэффициент полезного действия тарелки Е = 0.6

Практическое число тарелок

N_действ⁼N_теор / Е

В отгонной части колоны

N=10 / 0.6≈1.7

В концентрационной части колонны

N=9/0.6=15

Следовательно, общее число практических тарелок N_действ =32. Пусть расстояние между нижнем днищем и нижней тарелкой колонны равно 1.5, а расстояние между тарелками в эвапорационном пространстве и между верхним днищем и верхней тарелкой по 1.2 м.Тогда общая высота колонны

Н =1.5+(N – 1) * 0.6 - 12 + (N- 1 )* 0.6 +12 (42)

Н=1.5 +( 17- 1)* 0.6- 12+ ( 15- 1)* 0.6+ 12 = 21.9 м (43)