6. Тепловая нагрузка конденсатора колонны

Дистиллят колонны D получается из емкости орошения в парах. Следовательно, в конденсаторе колонны происходит частичная конденсация паров, поступающих в него из верхней части колонны. Образующийся из этих паров конденсат подается на орошение колонны. Тепловая нагрузка конденсатора найдется по формуле (39):

Q_к = g_о ∙ (H₁ – h_о) + D ∙ (H₁ – H_D), (39)

где g_о = g = 485,48 кмоль/ч – количество орошения;

H₁ – энтальпия паров, уходящих с верха колонны при температуре t₁ = -115,8^oC и давлении π₁=0,697 МПа, кДж/моль;

h_о – энтальпия орошения, подаваемого на верх колонны при температуре t_D= -118,4^oC, кДж/моль;

H_D – энтальпия паров дистиллята при температуре t_D = -118,4^oC и давлении π_D= 0,657 МПа, кДж/моль.

Мольные массы потоков рассчитываются на основе данных, приведенных в табл. 11.

Дальнейший расчет дает следующие данные:

- мольные массы паров, поднимающихся с верхней тарелки колонны:

16,04 ∙0,9538+26,04∙0,0008+2∙0,0439+28,01∙0,0014 =

=15,41 [кг/кмоль] (40)

- мольные массы паров дистиллята:

16,04∙0,9407+26,04∙0,0001+2∙0,0578+28,01∙0,0017=

=15,24 [кг/кмоль] (41)

- мольные массы орошения:

16,04 ∙ 0,987+26,04 ∙ 0,0026+2 ∙ 0,008+28,01 ∙ 0,0007=

=15,93 [кг/кмоль] (42)

Энтальпии потоков находятся по графику [21]:

H = H_i ∙ M_i (43)

H₁ = 15,41 ∙ 847,4 = 13058,43 [кДж/моль]

h_o = 15,93 ∙ 396,4 = 6314,65 [кДж/моль]

H_D = 15,24 ∙ 854,8 =13027,15 [кДж/моль]

Подставив полученные значения в формулу (39), определим тепло конденсатора:

Qк = 485,48∙ (13058,43 – 6314,65) + 1244,83 ∙ (13058,43 – 13027,15) = 3,31 МДж/ч

7. Тепловая нагрузка кипятильника колонны

Перепад температур по высоте отгонной части определим по формуле (44):

t_R – t_F = -34,1 – (-59) = 24,9 ^oC (44)

Судя по перепаду температур, количества парового орошения внизу и наверху отгонной части будут значительно отличаться одно от другого.

Количество паров внизу отгонной части может быть найдено, если известно тепло кипятильника Q_p. Это тепло определяется из уравнения теплового баланса колонны:

F ∙ Q_f + Q_p = D ∙ H_D + R ∙ h_R + Q_к, (45)

где Q_f – энтальпия сырья, подаваемого в колонну при температуре t_f = -59^оС, кДж/кмоль;

h_R – энтальпия остатка колонны при температуре t_R = -34,1^оС, кДж/кмоль.

Энтальпия сырья рассчитывается по формуле (46):

Q_f = e’ ∙ H_Vc + (1 - e’) ∙ h_gc, (46)

где e’ – мольная доля отгона сырья;

H_Vc – энтальпия паровой фазы сырья, кДж/кмоль;

h_gc - энтальпия жидкой фазы сырья, кДж/кмоль.

Находим необходимые исходные данные для расчета:

Средняя молекулярная масса паровой и жидкой фаз сырья (табл. 8):

М_Vc=21,29 [кг/кмоль] (47)

М_gc=31,29 [кг/кмоль] (48)

Средняя молекулярная масса остатка колонны (табл. 6):

М_R =33,07 [кг/кмоль] (49)

- энтальпии потоков определим по графику [21] и по формуле (43):

H_Vc = 21,29 ∙ 538,94 =11474,05 [кДж/моль]

h_gc = 31,29 ∙ 325,34 = 10179,78 [кДж/моль]

h_R = 33,07 ∙ 455,00 = 15046,85 [кДж/моль]

Q_f = 0,246 ∙ 11474,05 + 0,754 ∙ 10179,78 = 10498,04 [кДж/моль]

Далее вычисляется тепло кипятильника, по формуле (50):

Q_p = D ∙ H_D + R ∙ h_R + Q_к – F ∙ Q_f (50)

Q_p = 1244,83 ∙ 13027,15 + 4006,43 ∙ 15046,85+ 3,31 ∙ 10⁶ – 5251,26 ∙ 10498,04 = 23,77 МДж/ч

Масса парового орошения V_R, подаваемого из кипятильника под нижнюю отгонную тарелку колонны может быть найдена из уравнения (51):

Q_p = V_R ∙ (H_VR - h_VR)_, (51)

где (H_VR - h_VR) – теплота испарения орошения, равная разности его энтальпий в паровой и жидкой фазах при температуре t_R= -34,1^оС и давлении π_R = 0,727 МПа, кДж-моль.

Средняя молекулярная масса паров орошения (табл. 9):

[кг/кмоль] (52)

Энтальпии потоков определим по графику [21] и по формуле (43):

H_VR = 29,03 ∙ 455,0 = 13331,50 [кДж/моль]

h_VR = 29,03 ∙ 177,1 = 5189,03 [кДж/моль]

Количество парового орошения определим по формуле (53):

V_R = Q_p /(H_VR - h _VR) = 23,77 ∙ 10⁶ / (13331,50– 5189,03) = 2919,3 [кмоль/ч] (53)

Паровое число внизу колонны вычислим по формуле (54):

s_R =V_R / R = 2919,3/ 4006,43 = 0,73 (54)