3.7 Расчет минимального флегмового числа
Определение минимального флегмового числа rmin для укрепляющей части колонны будем вести по уравнению Андервуда методом постепенного приближения, зная состав исходного сырья , мольную долю отгона и составы верхнего и нижнего продуктов колонны.
Уравнение Андервуда:
Методом
подбора находим параметр
Для
компонентов при температуре 353 К зададимся
значением
,
лежащим между величинами относительных
летучестей
и
пропана и бутана. Выполним расчет и
результаты сведем в таблицу 3.9.
В
результате расчетов определили
.
Таблица 3.9 – Таблица расчета минимального флегмового числа
Компо-ненты сырья |
Состав сырья, |
|
|
- |
|
СН4 |
0,0098 |
28,00 |
0,2744 |
26,226 |
0,0105 |
С2Н6 |
0,0111 |
9,00 |
0,0999 |
7,266 |
0,0138 |
С3Н8 |
0,3636 |
3,60 |
1,3089 |
1,826 |
0,7168 |
С4Н10 |
0,4178 |
1,00 |
0,4178 |
-0,774 |
-0,5398 |
С5Н12 |
0,1978 |
0,60 |
0,1187 |
-1,174 |
-0,1011 |
Сумма |
1,0000 |
|
|
|
0,1002 |
Как видно из таблицы, при уравнение Андервуда достаточно точно выполняется, поэтому используем это значение для дальнейших расчетов.
Минимальное флегмовое число рассчитаем по уравнению Андервуда:
Подставляем полученные значения в формулу и получим:
3.8 Расчет числа тарелок укрепляющей части колонны
Исходные данные и предпосылки расчета:
Расчет будем вести аналитическим методом «от тарелки к тарелке» в направлении сверху вниз, так как известен состав паров дистиллята, уходящего с верхней тарелки;
Рабочее флегмовое число r=2 по всей высоте принимается постоянным;
Для упрощения используются средние значения относительной летучести;
Состав паров, покидающих тарелку, рассчитывается по уравнению концентраций:
где
нижний индекс n означает номер тарелки (верхняя тарелка считается первой), а
Уравнение концентраций принимает вид:
Состав флегмы, равновесной парам, рассчитывается по уравнению:
где
-
мольная доля данного компонента в парах,
покидающих ту же, что и флегма, тарелку.
Температура на любой теоретической тарелке определяется по константе фазового равновесия эталонного компонента – нормального бутана. Эта константа рассчитывается по уравнению:
Зная
k4
и определив среднее давление в укрепляющей
части
по номограмме [7], находим температуру.
Первая тарелка
Состав пара с верхней тарелки известен, так как он одинаков с составом дистиллята колонны, поэтому по уравнению рассчитываем состав расновесной с этим паром флегмы, стекающей с первой тарелки:
Аналогично находим:
0,0102
0,9516
=0,0358
Проверка:
Здесь и далее в обозначении концентрации первый нижний индекс – номер тарелки, второй – номер компонента.
Вторая тарелка
Состав пара со второй тарелки рассчитываем по уравнению концентраций, зная состав встречной флегмы с первой тарелки:
Проверка:
Состав флегмы со второй тарелки находим по уравнению:
0,0055
0,9193
=0,0743
Константа фазового равновесия эталонного компонента нормального бутана [8]:
По номограмме [8] находим температуру на второй тарелке: Т2=290,5.
Все расчеты сведем в таблицу 3.10.
Расчет элементов ректификации в укрепляющей части следует прекратить на той очередной тарелке (в нашем случае десятая), которую покидают равновесные жидкая и паровая фазы, по составу практически одинаковые с равновесными жидкой и паровой фазами, полученными для очередной тарелки (в нашем случае – седьмая) отгонной части при расчете в ней элементов ректификации.
Таблица 3.10 – Расчет тарелок укрепляющей части ректификационной колонны
Компо-ненты сырья |
Первая тарелка сверху |
Вторая тарелка сверху Т2=293 К (20 0C) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0,33* |
|
|
|
||
СН4 |
30,21 |
0,026 |
0,0009 |
0,0024 |
30,21 |
0,0016 |
0,0086 |
0,0102 |
0,0003 |
0,0009 |
|
С2Н6 |
7,87 |
0,029 |
0,0037 |
0,0102 |
7,87 |
0,0068 |
0,0096 |
0,0164 |
0,0021 |
0,0055 |
|
С3Н8 |
2,7 |
0,932 |
0,3452 |
0,9516 |
2,7 |
0,6376 |
0,3076 |
0,9452 |
0,3501 |
0,9193 |
|
С4Н10 |
1,0 |
0,013 |
0,0130 |
0,0358 |
1,0 |
0,0240 |
0,0043 |
0,0283 |
0,0283 |
0,00743 |
|
С5Н12 |
0,47 |
0 |
0 |
0 |
0,47 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Сумма |
|
1,000 |
0.3627 |
1,0000 |
|
|
|
1,0000 |
0.3808 |
1,0000 |
|
=
Продолжение таблицы 3.10
Компо-ненты сырья |
Третья тарелка сверху Т3=296 К (23 0C) |
Четвертая тарелка сверху Т4=300 К(27 0C) |
|||||||||
|
|
0,33* |
|
|
|
|
0,33* |
|
|
|
|
СН4 |
30,21 |
0,0006 |
0,0086 |
0,0092 |
0,0003 |
0,0008 |
0,0005 |
0,0086 |
0,0091 |
0,0003 |
0,0007 |
С2Н6 |
7,87 |
0,0036 |
0,0096 |
0,0132 |
0,0017 |
0,0042 |
0,0028 |
0,0096 |
0,0124 |
0,0016 |
0,0037 |
С3Н8 |
2,7 |
0,6159 |
0,3076 |
0,9235 |
0,3420 |
0,8591 |
0,5756 |
0,3076 |
0,8832 |
0,3271 |
0,7705 |
С4Н10 |
1,0 |
0,0498 |
0,0043 |
0,0541 |
0,0541 |
0,1359 |
0,0910 |
0,0043 |
0,0953 |
0,0953 |
0,2245 |
С5Н12 |
0,47 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,0001 |
0,0002 |
0,0005 |
Сумма |
|
|
|
1,0000 |
0,3981 |
|
|
|
|
0,4245 |
1,0000 |
=
=
Продолжение таблицы 3.10
Компо-ненты сырья |
Пятая тарелка сверху Т5=307 К(34 0C) |
Шестая тарелка сверху Т6=315 К(42 0C) |
|||||||||
|
|
0,33* |
|
|
|
|
0,33* |
|
|
|
|
СН4 |
30,21 |
0,0005 |
0,0086 |
0,0091 |
0,0003 |
0,0006 |
0,0004 |
0,0086 |
0,0090 |
0,0003 |
0,0006 |
С2Н6 |
7,87 |
0,0025 |
0,0096 |
0,0121 |
0,0015 |
0,0033 |
0,0022 |
0,0096 |
0,0118 |
0,0015 |
0,0029 |
С3Н8 |
2,7 |
0,5163 |
0,3076 |
0,8238 |
0,3051 |
0,6599 |
0,4421 |
0,3076 |
0,7497 |
0,2776 |
0,5443 |
С4Н10 |
1,0 |
0,1504 |
0,0043 |
0,1547 |
0,1547 |
0,3346 |
0,2242 |
0,0043 |
0,2285 |
0,2285 |
0,4479 |
С5Н12 |
0,47 |
0,0003 |
0,0000 |
0,0003 |
0,0003 |
0,0015 |
0,0010 |
0,0000 |
0,0010 |
0,0022 |
00,0043 |
Сумма |
|
|
|
1,0000 |
0,4624 |
1,0000 |
|
|
1,0000 |
0,5101 |
1,0000 |
=
=
Продолжение таблицы 3.10
Компо-ненты сырья |
Седьмая тарелка сверху Т2=323 К(50 0C) |
Восьмая тарелка сверху Т2=330 К(57 0C) |
|||||||||
|
|
0,33* |
|
|
|
|
0,33* |
|
|
|
|
СН4 |
30,21 |
0,0004 |
0,0086 |
0,0090 |
0,0003 |
0,0005 |
0,0004 |
0,0086 |
0,0089 |
0,0003 |
0,0005 |
С2Н6 |
7,87 |
0,0020 |
0,0096 |
0,0115 |
0,0015 |
0,0026 |
0,0018 |
0,0096 |
0,0113 |
0,0014 |
0,0024 |
С3Н8 |
2,7 |
0,3647 |
0,3076 |
0,6722 |
0,2490 |
0,4436 |
0,2972 |
0,3076 |
0,6048 |
0,2239 |
0,3678 |
С4Н10 |
1,0 |
0,3001 |
0,0043 |
0,3044 |
0,3044 |
0,5423 |
0,3633 |
0,0043 |
0,3676 |
0,3676 |
0,6037 |
С5Н12 |
0,47 |
0,0029 |
0,0000 |
0,0029 |
0,0062 |
0,0110 |
0,0073 |
0,0000 |
0,0073 |
0,0156 |
0,0257 |
Сумма |
|
|
|
1,000 |
0,5613 |
1,0000 |
|
|
1,0000 |
0,6090 |
1,0000 |
=
=
Продолжение таблицы 3.10
Компо-ненты сырья |
Девятая тарелка сверху Т2=338 К(65 0C) |
Десятая тарелка сверху Т2=346 К(73 0C) |
|||||||||
|
|
0,33* |
|
|
|
|
0,33* |
|
|
|
|
СН4 |
30,21 |
0,0003 |
0,0086 |
0,0089 |
0,0003 |
0,0005 |
0,0003 |
0,0086 |
0,0089 |
0,0003 |
0,0004 |
С2Н6 |
7,87 |
0,0016 |
0,0096 |
0,0112 |
0,0014 |
0,0022 |
0,0015 |
0,0096 |
0,0110 |
0,0014 |
0,0020 |
С3Н8 |
2,7 |
0,2464 |
0,3076 |
0,5540 |
0,2052 |
0,3146 |
0,2108 |
0,3076 |
0,5183 |
0,1920 |
0,2751 |
С4Н10 |
1,0 |
0,4045 |
0,0043 |
0,4088 |
0,4088 |
0,6267 |
0,4199 |
0,0043 |
0,4242 |
0,4241 |
0,6079 |
С5Н12 |
0,47 |
0,0172 |
0,0000 |
0,0172 |
0,0366 |
0,0561 |
0,0376 |
0,0000 |
0,0376 |
0,0799 |
0,1146 |
Сумма |
|
|
|
1,0000 |
0,6522 |
1,0000 |
|
|
1,0000 |
0,6978 |
1,0000 |
=
=
