Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1261 вуз, 4609 предмет.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Методика

.pdf
Скачиваний:
121
Добавлен:
25.03.2015
Размер:
538.97 Кб
Скачать
☆

Массовая доля отгона:

M п e = e′ F .

M F

В результате расчета получено:

температура ввода сырья tF = 115,31С, молекулярная масса паровой фазы M пF = 71,4 , молекулярная масса жидкой фазы M жF = 83,5 , массовая доля отгона e = 0,2681.

2. РАСЧЕТ ЧИСЛА ТАРЕЛОК, СОСТАВОВ ДИСТИЛЛЯТА И ОСТАТКА

Расчет проводится с использованием метода температурной границы деления смеси.

Минимальное число теоретических тарелок Nmin определяется по уравнению Фенске [3]:

N min =

ln Ψ m − ln Ψ k

,

ln αm − ln αk

 

 

где Ψ m - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из

компонентов, отбираемых преимущественно в дистиллят (компоненты до границы деления);

Ψ k - коэффициент распределения суммарной фракции, состоящей из компонентов, отбираемых преимущественно в остаток (компоненты после границы деления);

αm , αk - относительные летучести компонентов, коэффициенты распределения которых равны, соответственно, Ψ m и Ψ k .

Коэффициенты Ψ m и Ψ k рассчитываются по уравнениям:

 

 

p

 

 

 

1

n

y

¢D,i

 

 

 

 

 

 

 

å y¢

D,i

- å

 

1 -

A

Y m =

i=1

 

=

 

 

p+1

 

 

=

p

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

B

 

 

å x¢W ,i

 

 

 

å x¢W ,i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

y¢D ,i

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å

 

 

 

å y¢D ,i

 

 

A

 

 

Y k =

p+1

 

 

 

=

 

 

p+1

 

 

 

=

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

p

¢

 

 

1 -

B

 

 

å x¢W ,i

1

- å

 

 

 

 

 

p+1

 

 

 

 

 

 

i=1

x W ,i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

;

Для приведенного примера коэффициенты распределения Ψ m = 9,2004, Ψ k = 0,0889.

Значения α m , α k в

начале

расчета неизвестны, поэтому в первом

приближении принимаем:

 

 

 

 

a(m1 ) = a 1

=

k1

 

; a(k1 ) = a n = 1 .

kn

 

 

 

Минимальное число теоретических тарелок в первом приближении определяется по уравнению:

 

 

 

N(1)min

=

ln Ψ m − ln Ψ k

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ln α(1)m − ln α(1)k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительная

летучесть

 

α ε

компонента,

 

имеющего

 

коэффициент

распределения Ψ ε

= 1,

лежащего на

температурной

 

границе

деления смеси,

определяется в первом приближении по уравнению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α(1)ε

=

 

 

 

αm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

(

ln Ψ m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N min

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α(1)ε

=

 

 

 

α(1)k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ψ k

) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

(

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N min

 

 

 

 

 

 

Мольная доля отбора дистиллята от сырья:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

p

¢

 

 

 

 

 

 

 

p

 

¢

 

- B

 

 

 

å

x

¢F ,i - å

 

å

 

F ,i

e ¢ =

 

i=1

 

 

 

 

i=1

x W ,i

 

=

i=1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

n

 

 

 

 

 

p

 

1 - A - B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - å y¢D,i -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å x¢W ,i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p+1

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

где å x¢F ,i -сумма мольных концентраций компонентов, i=1

отбираемых в дистиллят, в сырье.

Мольные концентрации компонентов в дистилляте и остатке в первом приближении определяются по уравнениям:

где Ψ

( 1 )

=

 

Ψ i x′F ,i

 

 

 

 

yD,i

 

 

 

 

 

,

 

1

¢

 

 

 

 

 

 

+ e [Ψi - 1]

 

 

xW( 1,i) =

 

 

 

xF ,i

 

=

yD,i

,

1 + ε

′(Ψi − 1)

 

 

 

Ψ i

i - коэффициент распределения i-го компонента между дистиллятом и остатком, который можно рассчитать из уравнения Фенске:

æ ai

Ψ= ç

i çèaε

öN(min1 )

÷

÷

ø

По рассчитанным мольным концентрациям компонентов для первого приближения определяются коэффициенты распределения:

Y (m1 )

p

 

p

= å y( 1 )

å xW( 1,i) ,

 

i=1

D,i

i=1

Y(k1)

n

 

n

= å y( 1)

å xW( 1),i .

 

p+1

D ,i

p+1

Относительные летучести a(m2 ) и a(k2 ) , значения которых будут

использованы для расчета минимального числа теоретических тарелок во втором приближении, определяются по уравнениям:

(2)

(1)

æ lnΨ (1)

m ö

,

αm

= αε exp

ç

( 1 )

÷

ç

÷

 

 

 

è

Nmin

ø

 

(2)

(1)

 

æ

(1) ö

exp

ç lnΨk

÷ .

αk

= αε

ç

(1)

÷

 

 

 

è

Nmin

ø

Во втором приближении минимальное число теоретических тарелок определяется по уравнению:

( 2 )

=

ln Ym(1) - ln Yk(1)

 

.

N min

ln a(m2 ) - ln a(k2 )

 

 

Таким образом осуществляется переход от первого приближения ко второму. Используя приведенные выше уравнения, для каждого последующего

приближения определяются: минимальное число теоретических тарелок N(minj ),

относительная летучесть компонента на границе деления α(ε j ), мольные

концентрации каждого компонента в дистилляте y(Dj,i) и в остатке xW( j,i), коэффициенты распределения Y (mj ) и Ψ (k j ) , относительные летучести α(mj ) и

α(k j ). При расчете на компьютере найденные значения α(mj ) и α(k j )на следующем шаге расчета используются в качестве первого приближения, и выполняется такое

число приближений, чтобы a( j+1 ) - a( j ) £ d . В используемой программе

задана точность расчета δ = 0,0001.

Результаты расчета составов дистиллята и остатка в режиме полного орошения, когда число теоретических тарелок в колонне соответствует минимуму, представлены в табл.3.

В результате расчета получено:

минимальное число теоретических тарелок N min = 9,7, мольная доля отбора дистиллята ε ′= 0,2645, относительные летучести:

αε = 5,5429, α m = 6,9752, α k = 4,3139.

Оптимальное число теоретических тарелок в колонне определяется по уравнению:

N опт = 1,7 N min + 0,7 .

Число реальных тарелок определяется с учетом эффективности выбранного типа тарелок:

N p = N опт /η ,

где η - коэффициент полезного действия тарелки:

для клапанной тарелки -

0,35,

для S-образной тарелки -

0,5,

для тарелок струйного типа

 

с поперечными перегородками -

0,7.

Таблица 3

комп.

αi

x′F ,i

y′D,i

x′W ,i

1

15,5659

0,0687

0,2599

0,0000

2

12,3032

0,1375

0,5192

0,0002

3

5,7449

0,1106

0,1409

0,0997

4

5,0473

0,1660

0,0797

0,1970

5

2,7092

0,1853

0,0003

0,2519

6

2,2054

0,0927

0,0000

0,1260

7

1,0000

0,2392

0,0000

0,3252

8

-

1,000

1,0000

1,0000

Для определения количества тарелок в концентрационной и отгонной секциях колонны используем уравнение Фенске:

N к

= N к.min

N о

N о.min

 

( ln

y′D,p

− ln

y′D,p+1

) / ln

 

α p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

x′F ,p

x′F ,p+1

α p+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

x′F ,p

 

 

x′F ,p+1

 

 

 

 

(

 

 

−

 

) /

 

 

α p

 

ln x′W ,p

ln x′W ,p+1

ln α p+1

 

 

 

 

 

ln

 

y′D,p

− ln

 

y D ,p+1

N к =

 

x′F ,p

 

x′F ,p+1

 

 

 

 

 

 

 

 

x′F ,p

 

 

 

 

x′F ,p+1 .

N о

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x′W ,p

ln x′W ,p+1

 

 

Положение сечения ввода питания в колонну может быть также определено по уравнению Керкбрайда [4]:

No =11.

 

N к

 

é

(1 - e ¢)

 

x¢F ,p+1

 

æ

x¢W ,p

 

ö2

ù

lg

= 0,206 lg

ê

×

×

ç

÷

ú

N о

ê

e ¢

x¢F ,p

ç y¢

D,p+1

÷

ú .

 

 

 

ë

 

 

 

 

è

 

ø

û

В приведенном примере выбраны клапанные тарелки. В результате расчета получено:

оптимальное число теоретических тарелок N опт = 17,11,

реальное число тарелок в колонне N р = 49 при η = 0,35, число тарелок в концентрационной секции N к =38,

число тарелок в отгонной секции

Пересчет мольных составов дистиллята и остатка в массовые производится по

формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

yD ,i =

 

y′D ,i M i

=

y′D ,i

M i

 

,

 

n

M D

 

 

å y¢D,i M i

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

xW ,i =

 

x′W ,i M i

 

=

x′W ,i M i

.

 

n

 

M W

 

 

å x¢W ,i M i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

Молекулярная масса:

дистиллята M D = 61,2,

 

 

 

 

остатка MW = 86,6.

 

 

 

Массовая доля отбора дистиллята:

 

 

 

 

 

 

 

 

M D

 

 

 

 

 

 

e = e ¢ M F ,

 

ε = 0,2027

 

В табл.4 представлены массовые составы дистиллята и остатка.

 

 

 

Таблица 4

 

 

 

 

 

№

Компоненты

yD,i

xW ,i

 

комп.

 

 

 

 

 

 

1

и-бутан

0,2467

0,0000

 

2

н-бутан

0,4927

0,0002

 

3

и-пентан

0,1662

0,0832

 

4

н-пентан

0,0940

0,1642

 

5

и-гексан

0,0004

0,2508

 

6

н-гексан

0,0000

0,1254

 

7

н-гептан

0,0000

0,3763

 

8

-

1,0000

1,0000

 

3. РАСЧЕТ ФЛЕГМОВОГО ЧИСЛА

Мольное флегмовое число рассчитывается по уравнениям Андервуда [5]:

n

a i x′F ,i

= 1 - q ,

å

 

 

i=1a i -q

 

n a i y′

D,i = Rmin + 1 ,

å

 

i=1a i -q

 

где αi - относительная летучесть i-го компонента, θ - корень уравнения Андервуда,

Rmin - минимальное мольное флегмовое число,

(3.1)

(3.2)

q -величина, характеризующая физическое состояние поступающего сырья.

Подача сырья в колонну может осуществляться:

а) в виде кипящей жидкости e′ = 0 , q = 1 , 1 − q = 0 = e′ , б) в виде насыщенных паров e′ = 1 , q = 0 , 1 − q = 1 = e′ ,

в) в виде жидкости, недогретой до температуры кипения

q > 1 , 1 − q < 0, ,

г) в виде перегретых паров q < 0 , 1 − q > 1, ,

д) в виде парожидкостной смеси 0 < e′ < 1 , 1 − q = e′ .

Корни θ определяются из первого уравнения Андервуда, число корней на

единицу меньше числа компонентов в сырье, величина θ предварительно задается

таким образом чтобы: α1 > θ1 > α 2 > ... > α n−1 > θ n−1 > α n , а затем θ изменяется так, чтобы выполнялось тождество (3.1).

По второму уравнению Андервуда для всех найденных корней определяются значения минимального флегмового числа, максимальное из них является искомым.

Результаты расчета минимального мольного флегмового числа по уравнениям Андервуда приведены в табл. 5.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αi

15,5659

12,3032

5,7449

5,0473

2,7092

2,2054

 

1.00

 

θ i

14,7022

9,5220

5,4634

3,5584

2,3331

1,2768

 

-

 

Rmin

1,8891

2,6617

3,2434

1,7071

1,3335

1,1509

 

 

 

Оптимальное мольное флегмовое число определяется по уравнению:

Rопт = 1,35 Rmin + 0,35 .

Минимальное мольное паровое число в отгонной секции колонны определяется по уравнению Андервуда:

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности