Расчет однократного испарения
Рисунок 6 - Схема процесса однократного испарения (ОИ)
Материальный баланс процесса ОИ представим следующим образом
для всей системы
F = GF + gF, (13)
для низкокипящего компонента
F · x'F = GF · y*F + gF · x*F, (14)
где GF и gF - массовые расходы соответственно образовавшихся паров и жидкого остатка в кг/ч;
x*F и y*F - мольные доли бензола в равновесных жидкой и паровой фазах, полученных в результате однократного испарения сырья на входе в колонну.
Совместное решение приведенных уравнений даст нам выражение:
x'F = e' · y*F + (1 - e') · x*F, (15)
где e' = G'F / F' - мольная доля отгона.
Процесс однократного испарения проанализируем при помощи кривой равновесия фаз, изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграммы. Уравнение (15) представляет собой уравнение прямой:
если y*F = 0, то x*F = x'F / (1 - e') = 0,47 / (1 - 0,5) = 0,94;
если x*F = x'F, то y*F = x'F = 0,47.
По кривой равновесия фаз и изобарным температурным кривым мы рассчитали составы равновесных фаз сырья x*F = 0,36 и y*F = 0,58, а также температуру сырья на входе в колонну tF = 110,2°C.
e' = (x'F - x*F) / (y*F - x*F) = (hF - hg) / (HG - hg), (16)
где из диаграммы - hF = 7425 ккал / кмоль, hg = 4575 ккал / кмоль, HG = 10500 ккал / кмоль.
e'=(0,47-0,36)/(0,58-0,36)=0,5
Уравнение (16) представляет собой уравнение прямой в отрезках. Если на энтальпийной диаграмме ноду сырья продолжим в обе стороны до значений x'W и y'D на оси абсцисс, то в результате мы можем определить минимальный теплоподвод QBmin и минимальный теплоотвод QDmin, соответствующие режиму минимального орошения. Для этого на энтальпийной диаграмме найдем минимальные удельные теплоподвод (QB/W)min и теплоотвод (QD/D)min:
|
|
|
(QB/W)min = 9675 ккал / кмоль; (QD/D)min = 11887,5 ккал / кмоль;
Bmin = (QB/W)min·W' = 135,974·9675 = 1315548,45 ккал/ч;
QDmin = (QD/D)min·D' = 11887,5·115,72 = 1375621,5 ккал/ч
Материальный баланс для ректификационной колонны
Рисунок 5 - Схема полной ректификационной колонны
Материальный баланс для ректификационной колонны можно выразить следующим образом:
для всей системы
F = D + W, (9)
для низкокипящего компонента (бензола)
F' · x'F = D' · y'D + W' · x'W, (10)
где F и F' - производительность колонны соответственно в кг/ч и кмоль/ч,
D и D' - массовые расходы дистиллята соответственно в кг/ч и кмоль/ч,
W и W' - массовые расходы остатка в кг/ч и кмоль/ч.
Для перевода единицы измерения кг/ч в кмоль/ч рассчитаем средние молярные массы сырья MF, дистиллята MD и остатка MW по правилу аддитивности:
MF = MБ · x'F + MТ · (1 - x'F) = 78,11 · 0,47 + 92,14 · (1 - 0,47) = 85,42 кг/кмоль;
MD = MБ · y'D + MТ · (1 - y'D) = 78,11 · 0,987 + 92,14 · (1 - 0,987) = 78,182 кг/кмоль;
MW = MБ · x'W + MТ · (1 - x'W) = 78,11 · 0,03 + 92,14 · (1 - 0,03) = = 91,58 кг/кмоль.
Рассчитаем производительность ректификационной колонны в кмоль/ч:
|
|
|
F' = F / MF = 21500 / 85,42 = 251,697 кмоль/ч.
Отсюда можно найти массовые расходы бензола F'Б, FБ и толуола F'Т, FТ в сырье:
F'Б = F' · x'F = 251,697 · 0,47 = 118,291 кмоль/ч;
FБ = F'Б · MБ = 118,291 · 78,11 = 9227,166 кг/ч;
F'Т = F' · (1 - x'F) = 251,697 · (1 - 0,47) = 133,399 кмоль/ч;
FТ = F'Т · MТ = 133,399 · 92,14 = 12272,146 кг/ч.
Для нахождения массовых расходов дистиллята D и остатка W воспользуемся правилом рычага, т.е. отношение массовых расходов двух любых продуктов прямо пропорционально отношению их неприлегающих отрезков:
D' / F' = (x'F - x'W) / (y'D - x'W), (11)
W' / F' = (y'D - x'F) / (y'D - x'W), (12)
Рассчитаем массовый расход дистиллята D' по уравнению (11):
D' = 251,697 · (0,47 - 0,03) / (0,987 - 0,03) = 115,72 кмоль/ч.
Отсюда можно найти массовые расходы D, D'Б, D'Т, DБ, DТ:
D = D' · MD = 115,72 · 78,478 = 9047,22 кг/ч;
D'Б = D' · y'D = 115,72 · 0,987 = 114,215 кмоль/ч;
D'Т = D' · (1 - y'D) = 115,72 · (1 - 0,987) = 1,504 кмоль/ч;
DБ = D'Б · MБ = 114,215 · 78,11 = 8908,77 кг/ч;
DТ = D'Т · MТ = 1,504 · 92,14 = 138,368 кг/ч.
Аналогично рассчитаем массовые расходы W', W, W'Б, W'Т, WБ, WТ:
по уравнению (12):
W' = 251,697 · (0,987 - 0,47) / (0,987 - 0,03) = 135,974 кмоль/ч;
W = W' · MW = 135,974 · 91,58 = 12452,498 кг/ч;
W'Б = W' · x'W = 135,974 · 0,03 = 4,079 кмоль/ч;
W'Т = W' · (1 - x'W) = 135,974 · (1 - 0,03) = 131,895 кмоль/ч;
WБ = W'Б · MБ = 4,079 · 78,11 = 318,162 кг/ч;
|
|
|
WТ = W'Т · MТ =131,895 · 92,14 = 12134,34 кг/ч.
Составим материальный баланс в виде таблицы:
| Компонент | сырье ( F ) | дистиллят ( D ) | остаток ( W ) | |||
| кг/ч | кмоль/ч | кг/ч | кмоль/ч | кг/ч | кмоль/ч | |
| бензол | 9227,166 | 118,291 | 8908,77 | 114,215 | 318,162 | 4,079 |
| толуол | 12272,746 | 133,399 | 138,368 | 1,504 | 12134,34 | 131,895 |
| ∑ | 21499,912 | 251,697 | 9047,22 | 115,72 | 12452,50 | 135,974 |
Тепловой баланс колонны
изобарный бинарный ректификационный орошение
Без учета теплопотерь в окружающую среду все подведенное в колонну тепло: с сырьем (F·hF) и в низ колонны через кипятильник (QB) отводится из колонны парами дистиллята (D·HD), жидким остатком (W·hW) и через конденсатор на верху колонны (QD).
F · hF + QB = D · HD + W · hW + QD, (17)
Зная минимальный удельный теплоподвод (QB/W)min, можем определить величину (QB/W):
(QB/W) = n'·(QB/W)min, (18)
где n' - коэффициент избытка теплоподвода.
(QB/W) = 1,29·9675 = 12480,75 ккал / кмоль.
Отсюда можем найти QB:
QB = (QB/W) · W' = 12480,75·135,974 = 1697057,5 ккал/ч.
Согласно правилу рычага F, W и D лежат на одной прямой, то по энтальпийной диаграмме можем определить (QD/D):
(QD/D) = 15334,875 ккал / кмоль.
Отсюда можем рассчитать QD:
QD = (QD/D) · D' = 15334,875·115,72 = 1774551,735 ккал/ч.
Из энтальпийной диаграммы определим энтальпию дистиллята и остатка HD = 9262,5 ккал/ч и hW = 5475 ккал/ч. Проверим сходимость теплового баланса по формуле (17):
|
|
|
F · hF + QB = D · HD + W · hW + QD;
251,697·7425 + 1697057,5 = 115,72·9262,5 + 135,974·5475 + 1774551,735;
,725 = 3590865,885.
Расчет продолжаем, так как относительная погрешность сходимости теплового баланса составляет 0,69%.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 107; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!