Приложение в Расчет ректификационной колонны с-204.
(Рекомендуемое)
Расчет ректификационной колонны С-204 для первого варианта.
При расчете колонны были учтены требования для фракций С14-С17 и фракции С17-С18. В таблице В1 указан материальный баланс колонны С-204.
Таблица В1 – Материальный баланс колонны С-204
|
|
Сырье |
Дистиллят |
Кубовый остаток | ||||||||
|
|
Х'f* |
Xf** |
Расход, кг/час |
Y'D* |
YD** |
Расход, кг/час |
X'W* |
XW** |
Расход, кг/час | ||
|
Тридекан (С13Н28) |
0 |
0 |
0,95 |
0 |
0 |
0,95 |
0 |
0 |
0 | ||
|
Тетрадекан (С14Н30) |
0,28 |
0,31 |
3006,50 |
0,31 |
0,34 |
3006,50 |
0 |
0 |
0 | ||
|
Пентадекан (С15Н32) |
0,26 |
0,27 |
2799,19 |
0,29 |
0,29 |
2799,19 |
0 |
0 |
0 | ||
|
Гексадекан (С16Н34) |
0,21 |
0,20 |
2284,69 |
0,24 |
0,23 |
2284,51 |
0 |
0 |
0,18 | ||
|
Гептадекан (С17Н36) |
0,17 |
0,16 |
1866,34 |
0,16 |
0,14 |
1509,91 |
0,3 |
0,31 |
356,42 | ||
|
Октадекан (С18Н38) |
0,08 |
0,07 |
845,90 |
0 |
0,001 |
3,55 |
0,7 |
0,69 |
842,34 | ||
|
Нонадекан (С19Н40) |
0 |
0 |
0,88 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 | ||
* X',Y' – массовая доля компонента в смеси,%;
** X,Y – мольная доля компонента в смеси.
Расчет температуры верха и низа колонны. [11]
Принимаем давление верха pв=20 кПа (150,4 мм рт ст). Из справочника берем коэффициенты уравнения Антуана(В1) для того чтобы рассчитать парциальные давления для углеводородов. Коэффициенты указаны в таблице В2.
Таблица В2 – Коэффициенты уравнения Антуана
|
|
Коэффициенты[12] | ||
|
Углеводород |
А |
В |
С |
|
Тридекан (С13Н28) |
16,136 |
3892,9 |
-98,93 |
|
Тетрадекан (С14Н30) |
16,438 |
4008,5 |
-105,4 |
|
Пентадекан (С15Н32) |
16,172 |
4121,5 |
-111,8 |
|
Гексадекан (С16Н34) |
16,184 |
4214,9 |
-118,7 |
|
Гептадекан (С17Н36) |
16,151 |
4294,6 |
-124 |
|
Октадекан (С18Н38) |
16,123 |
4361 |
-129,9 |
|
Нонадекан (С19Н40) |
16,153 |
4450,4 |
-135,6 |
Продолжение приложения В
Уравнение Антуана:
Где Рi – парциальное давление, мм рт.ст.;
Т – температура,К;
Аi,Bi,Сi – эмпирические коэффициенты.
Определяем константы фазового равновесия Кi(В2) и состав дистилята в жидкой фазе Хd(В3). Условие окончания расчёта: Σ Хdi = 1.
где Кi – константы равновесия;
П – заданное давление в колонне, мм рт ст;
Ydi – мольная доля пара в дистилляте.
Задаемся начальным приближением для температуры tв=210оС.
В таблице В2 указаны результаты расчетов.
Таблица В2 – Результаты расчетов
|
|
tв=200 |
tв=213 | ||
|
Компент |
Ki |
Xd |
Ki |
Xd |
|
Тридекан (С13Н28) |
2,045 |
0,001 |
2,9 |
0,001 |
|
Тетрадекан (С14Н30) |
1,682 |
0,202 |
2,953 |
0,139 |
|
Пентадекан (С15Н32) |
0,778 |
0,373 |
1,415 |
0,251 |
|
Гексадекан (С16Н34) |
0,484 |
0,475 |
0,88 |
0,312 |
|
Гептадекан (С17Н36) |
0,311 |
0,45 |
0,606 |
0,289 |
|
Октадекан (С18Н38) |
0,201 |
0,001 |
0,321 |
0,01 |
|
Сумма |
|
1,5 |
|
1,0 |
Пример расчета (для тридекана, при tв=213оС):
Продолжение приложения В
Давление низа примем 30 кПа(225 мм рт ст).
Аналогично находим Р0i и определяем Кi и Yw для кубового остатка. Условие окончания расчёта: ΣYwi = 1. Мольная доля пара в кубовом остатке считается по формуле В4.
Задаемся начальным приближением для температуры tн=280оС.
В таблице В3 указаны результаты расчетов.
Таблица В3 – Результаты расчетов
|
|
tн=280 |
tн=260 | |||
|
Углеводород |
Ki |
Yw |
Ki |
Yd | |
|
Гексадекан (С16Н34) |
2,895 |
0,0001 |
1,812 |
0,0003 | |
|
Гептадекан (С17Н36) |
2,063 |
0,638 |
1,265 |
0,391 | |
|
Октадекан (С18Н38) |
1,489 |
1,027 |
0,893 |
0,616 | |
|
Нонадекан (С19Н40) |
1,078 |
0,0001 |
0,63 |
0,0001 | |
|
Сумма |
|
1,6652 |
|
1,00 | |
Пример расчета( для гексадекан при tн=260):
Далее считаются относительные летучести по формуле В5.
где
- относительная летучесть компонентов.
Продолжение приложения В
В таблице В4 показаны результаты расчетов относительных летучестей.
По формуле В6 рассчитываются средние относительные летучести.[13]
где αв и αн, αср – относительные летучести верха, низа и средние.
Таблица В4 – Относительных летучестей компонента для дистиллята
|
|
Относительные летучести | ||
|
Углеводород |
В дистилляте |
В кубовом остатке |
Средние |
|
Тридекан (С13Н28) |
13,82 |
9,14 |
11,24 |
|
Тетрадекан (С14Н30) |
11,63 |
8,24 |
9,79 |
|
Пентадекан (С15Н32) |
5,51 |
4,19 |
4,8 |
|
Гексадекан (С16Н34) |
3,51 |
2,87 |
3,18 |
|
Гептадекан (С17Н36) |
2,31 |
2,01 |
2,15 |
|
Октадекан (С18Н38) |
1,53 |
1,2 |
1,47 |
|
Нонадекан (С19Н40) |
1 |
1 |
1 |
Пример расчета (для тридекана):
Далее рассчитывается минимальное число теоретических тарелок по уравнению Фенсе (В7):
где xdi и xdj – мольные доли i- и j-го компонента в дистилляте;
xwi и xwj – мольные доли i- и j-го компонента в кубовом остатке.
Продолжение приложения В
Для определения минимального флегмового числа используется уравнение Андервууда(В8 и В9):
где αfi, αdi – относительные летучести i-ых компонентов в питание и дистилляте;
xfi,xdi – мольные доли i-ых компонентов в питание и дистилляте;
ε – доля пара в питании;
y – промежуточная неизвестная, определяемая из уравнения В8.
Т.к. исходная смесь подается в колонны в жидком состоянии, то ε=0.
Из уравнения В8 получаем у=1,52, тогда Rmin=1,088.
Рабочее число тарелок считается по уравнению В10.
где S считается из уравнения Джиллилендома (В11):
где
Подставив все данные, получаем 36 рабочих тарелок.
Расчет высоты и диаметра колонны.
Высота колонны рассчитывается по формуле В12.
где H – высота колонны,м;
h – расстояние между тарелками,м;
Zv и Zn – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой и между днищем и нижней тарелкой, м.
Продолжение приложения В
Высоту колонны примем 19 м.
Для расчета диаметра необходимо рассчитать расход паровой фазы в дистилляте и кубе, плотность паров, среднюю допустимую скорость паров.
Расход паровой фазы в дистилляте и кубе считается по формулам В13 и В14, соответственно.[14]
где D – расход в дистилляте, кг/ч;
W – расход в кубе, кг/ч;
F – расход в питании, кг/ч.
Подставив все значения, то получится:
Gv= 7848 кг/ч;
Gn=21233 кг/ч.
По формуле В15 рассчитывается плотность паров
где My – Мольная масса паровой фазы, кг/кмоль.
Плотность паров для верха:
ρyв=5,39 кг/м3;
ρyн=5,72 кг/м3.
Средняя плотность паров равна 5,55 кг/м3.
Продолжение приложения В
Допустимая скорость паров считается по формуле В16.
где
–Допустимая
скорость паров,м/с;
=
0,07 – доля
свободного сечения тарелки;
–площадь
отверстия под клапаном, м2
D=0,04 – диаметр отверстия, м;
ξ = 3 – коэффициент сопротивления;
Подставив все значения в формулу В16,допустимая скорость паров получается:
ωy=0,49 м/с.
Диаметр колонны рассчитывается по формуле (В17).
Подставив данные получается 1,9 м.
Принимаем стандартный диаметр колонны 2м.
В таблице В5 показаны результаты расчетов.
Таблица В5 – Результаты расчетов колонны С-204
|
Режимные параметры |
Значение |
|
Температура верха |
213 |
|
Температура низа |
260 |
|
Расход фр С17-С18 |
9604,6 |
|
Конструктивные параметры |
|
|
Диаметр колонны,м |
2 |
|
Высота колонны, м |
19 |
|
Минимальное число теоретических тарелок |
17 |
|
Рабочее число тарелок |
36 |
Продолжение приложения В
Расчет ректификационной колонны С-204 для второго варианта
Для второго варианта колонна С-204 рассчитывается аналогично. В таблице В5 показаны результаты расчетов.
Таблица В5 – Результаты расчета для второго варианта С-204
|
Режимные параметры |
Значение |
|
Температура верха |
247 |
|
Температура низа |
278,1 |
|
Расход фр С17-С18 |
1203,1 |
|
Конструктивные параметры |
|
|
Диаметр колонны,м |
1 |
|
Высота колонны, м |
19 |
|
Минимальное число теоретических тарелок |
18 |
|
Рабочее число тарелок |
36 |