Курсовая работа: Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол
Рис.3.20. Фазовая диаграмма t–x,y системы бензол–толуол.
Рис. 3.21. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе
бензол–толуол.
По диаграмме y*–x находим y*F при xF=0.44: y*F=0.66.
По формуле (2.20)
определим минимальное флегмовое число:
Далее, задав различные
значения коэффициента избытка флегмы Z, определим флегмовые числа. Затем рассчитаем b (длина отрезка, отсекаемого на оси ординат верхней рабочей
линией). Графическим построением определим число ступеней изменения
концентраций для каждого флегмового числа (см. приложение 1).
Расчеты и результаты
графических построений приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2 Данные для
расчета рабочего флегмового числа
Z=R/Rmin
|
1 |
1.1 |
1.2 |
1.4 |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
2.5 |
R |
1.41 |
1.55 |
1.69 |
1.97 |
2.12 |
2.40 |
2.68 |
3.53 |
b=XD/(R+1)
|
0.40 |
0.38 |
0.36 |
0.33 |
0.31 |
0.29 |
0.26 |
0.21 |
N |
27 |
20 |
18 |
16 |
14 |
13 |
12 |
11 |
N(R+1) |
65.07 |
51 |
48.42 |
47.52 |
43.68 |
44.20 |
44.16 |
49.83 |
Минимальное значение
N(R+1) соответствует числу ступеней изменения концентраций, равному 14, и
рабочему флегмовому числу R=2.12. Данный вывод графически интерпретирует рис.
3.22.
Рис. 3.22. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в системе
бензол–толуол при флегмовом числе R=2.12
Расчет рабочего
флегмового числа возможен также с применением эмпирической зависимости (2.21):
3.2.
Число теоретических тарелок
Рассчитаем уравнение
рабочей линии верхней части колонны по формуле (2.22) при XD=0.97; R=2.12:
y=
Интерполяцией определим
составы жидкости и пара, покидающих тарелки верхней (укрепляющей) части
колонны. Для расчета используем данные табл. 3.1.
x0=y1=XD=0.970
1)
y2=0.947
2)
y3=0.913
3)
y4=0.863
4)
y5=0.797
5)
y6=0.729
6)
y7=0.667
С 7-ой ступени стекает
жидкость, близкая по составу к исходной смеси (ХF=0.44). Примем 7-ую ступень за ступень питания.
Далее для определения
составов жидкости и пара будем пользоваться уравнением рабочей линии для нижней
(исчерпывающей) части колонны.
Уравнение рабочей линии
нижней части колонны определим по формуле (2.23) при ХW=0.03; R=2.12; F=10
т/час; D=3.94 т/час:
y=
1)
y8=0.618
2)
y9=0.585
3)
y10=0.538
4)
y11=0.475
5) y12=0.392
6) y13=0.305
7) y14=0.214
8) y15=0.137
9) y16=0.079
Итак, с 16-ой ступени стекает жидкость, содержание бензола в которой
близко к содержанию его в кубовом остатке (ХW=0.03). Следовательно, при подаче исходной
смеси на 7-ую ступень для осуществления процесса необходим аппарат,
эквивалентный 16 теоретическим ступеням.
На практике данный алгоритм часто
выполняют графически, строя ступенчатую линию между кривой равновесия и рабочей
линией (см. приложение 1).
3.3.
Средние массовые расходы пара и жидкости в верхней и нижней частях колонны
Рассчитаем средний
мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны, используя формулы
(2.34, 2.35):
а) в верхней части
колонны:
б) в нижней части
колонны:
Рассчитаем средний
мольный состав пара в верхней и нижней частях колонны.
1 способ с использованием формул (2.36,
2.37):
а) в верхней части
колонны при yD=xD=0.97; y*F=0.66:
б) в нижней части колонны
при yW=xW=0.03; y*F=0.66:
2 способ с использованием уравнений рабочих
линий (2.22, 2.23):
а) в верхней части
колонны:
б) в нижней части
колонны:
Определим
средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны по формулам
(2.38, 2.39):
а)
в верхней части колонны:
б) в нижней части
колонны:
Определим средние мольные
массы пара в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.40, 2.41):
а) в верхней части
колонны при Yср.В.=0.790 кмоль/кмоль смеси:
б) в нижней части колонны
при Yср.Н.=0.336 кмоль/кмоль смеси:
Определим мольные массы
исходной смеси и дистиллята по формулам (2.48, 2.49):
Рассчитаем средние
массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны по формулам
(2.50, 2.51):
а) в верхней части
колонны:
б) в нижней части
колонны:
Рассчитаем средние
массовые расходы пара для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.52,
2.53):
а) в верхней части
колонны:
б) в нижней части
колонны:
3.4.
Скорость пара и диаметр колонны
Средние температуры пара
определим по диаграмме t–x,y (см. рис. 3.20):
1 способ:
при yср.В=0.790→tср.В.=890С
при yср.Н=0.336→tср.Н.=1030С
Определим среднюю
температуру в колонне при tср.В.=890С, tср.Н.=1030С:
2 способ:
при xD=0.97→tD=830С
при xW=0.03→tW=1090С
при xF=0.44→tF=900С
Далее рассчитаем средние
температуры в верхней и нижней частях колонны:
Определим среднюю
температуру в колонне при tD=830С; tW=1090С; tF=900С
Средние плотности пара
находим по формулам (2.42, 2.43):
а) в верхней части
колонны при tср.В.=890С:
б) в нижней части колонны
при tср.Н.=1030С:
Среднюю плотность пара в
колонне определим по уравнению (2.44):
Рассчитаем среднюю
плотность жидкости (смеси) в колонне:
1 способ
Сначала определим
плотность жидкого бензола при tD=830С и жидкого толуола при tW=1090С интерполяцией с
использованием справочной информации по плотности веществ [11]:
·
Плотность жидкого
бензола при tD=830С:
При t=800С→ρБ=815 кг/м3; при t=1000С→ρБ=793 кг/м3
·
Плотность жидкого
толуола при tW=1090С:
При t=1000С→ρT=788 кг/м3; при t=1200С→ρT=766 кг/м3
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|