Реферат Курсовая Конспект
Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число - раздел Высокие технологии, Технологическая схема процесса ректификации Производительность Колоны По Дистилляту ...
|
Производительность колоны по дистилляту и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса:
где - производительность колонны по исходной смеси, кг/с; , , - соответственно содержания легколетучего компонента (бензола) в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке в массовых долях.
Отсюда находим:
кг/с
кг/с
Для дальнейших расчетов выразим мольную долю низкокипящего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке. Для исходной смеси используется следующая формула:
где и – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов соответственно, кг/кмоль. В данном случае низкокипящим компонентом смеси является бензол, а высококипящим толуол. Аналогично вычисляется и мольная доля низкокипящего компонента в дистилляте и кубовом остатке .
Молярная масса – это масса вещества количеством 1 моль. Её можно рассчитать по химической формуле вещества, суммируя атомные массы элементов, умножив эти числа на индексы (число атомов элемента в молекуле). Молярная масса бензола (химическая формула – C6H6) составляет кг/кмоль, молярная масса толуола (химическая формула – C6H5-CH3) составляет кг/кмоль. С физическими свойствами некоторых органических веществ можно ознакомиться в приложении.
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости и расчетное число тарелок зависят от флегмового числа R. Оптимальное флегмовое число можно найти из технико-экономического расчета [2]. Приблизительно рабочее флегмовое число можно оценить по формуле:
,
где – минимальное флегмовое число.
где и – мольные доли низкокипящего компонента соответственно в исходной смеси и дистилляте; – мольная доля низкокипящего компонента в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью .
Для определения необходимы сведения о равновесии системы. Для условия атмосферного давления эти данные приведены в Таблица П 3. Их необходимо перенести в текст курсового проекта в виде таблицы. Так например, для смеси бензол толуол сведения о равновесии следующие.
Таблица 2.1 – Равновесные составы жидкости и пара итемпературы кипения бинарной смеси бензол-толуол при давлении 760 мм рт. ст. | ||||||||||||||
Смесь | x | Азеотропная смесь | ||||||||||||
Бензол–толуол | y t | 110,6 | 11,5 108,3 | 21,4 106,1 | 102,2 | 51,1 98,6 | 61,9 95,2 | 71,2 92,1 | 89,4 | 85,4 86,8 | 84,4 | 95,9 82,3 | 80,2 | — — |
Затем необходимо на листе миллиметровой бумаги произвести построение линии равновесия (диаграмма, рис. 2.1). Размер построений не менее чем 200х200 мм. Значение определить графически для заданного значения . В нашем случае для смеси бензол-толуол при составляет=0,74.
В курсовом проекте для определения рабочего флегмового числа предпочтительно использовать методику, позволяющую минимизировать объем колонны. Для этого необходимо минимизировать функционал , где N – число теоретических ступеней контакта (тарелок), так как высота колонны пропорциональна числу тарелок, а диаметр колонны пропорционален расходу паровой смеси, поднимающейся по колонне, который в свою очередь пропорционален [2] (см. также уравнение ).
Процедура минимизации следующая. Задаются 5-6 значениями коэффициента избытка флегмы в пределах от 1,05 до 5. Рассчитывают для каждого фиксированного значения флегмовое число R. Для каждого R, на y-x диаграмме строят рабочие линии (прямые) для верхней и нижней частей колонны. Затем графически определяют число теоретических тарелок для каждого варианта рабочих линий. Определяют значение функционала для каждого случая. Полученные результаты представляют в виде таблицы (таблица 2.2)) и наносят на координатную плоскость с осями . Полученные точки соединяются плавной линией с получением графика (рис. 2.2). По графику определяют, при каком достигается минимальное значение функционала .
Пример построений для , показан на рис. 2.1.
Уравнения рабочих линий показывают какая мольная доля низкокипящего компонента находится в парообразной и жидкой фазе, взаимодействующих между собой, в различных точках колонны. Уравнения рабочих линий являются следствием уравнений материального баланса:
где – относительный мольный расход питания:
Как видно, уравнений - при постоянных и являются уравнениями прямых в осях диаграммы. Линия для верхней части колонны проходит через точку , расположенную на пересечении диагонали и перпендикуляра восстановленного из точки на оси . Аналогично, рабочая линия для нижней части колонны проходит через точку , расположенную на пересечении диагонали и перпендикуляра восстановленного из точки на оси . Кроме того, продолжение линии для верхней части колонны отсекает на оси отрезок размером .
Для случая, когда , , (рис. 2.1):
Таким образом, для построения рабочих линий необходимо рассчитать длину отрезка . Построить рабочую линию для верхней части колонны (через точки и ). Получить точу пересечения рабочей линии верхней части и перпендикуляра . Построить рабочую линию нижней части колонны (через точки и ).
Для определения числа теоретических тарелок между рабочей линией и равновесной вписывается ломаная кривая, а затем подсчитывается число ступеней с учетом неполных ступеней.
Учитывая, что описанных построений по диаграммам необходимо выполнить 5÷6 штук, необходимо изготовить несколько диаграмм, для обеспечения надлежащего качества построений и возможности проверки. Допускается на одной диаграмме выполнить до 2-3-х построений.
Рис. 2.1 – Пример построения рабочих линий процесса на диаграмме при , .
Таблица 2.2 Результаты расчетов по оптимизации колонны | ||||||
β | 1,1 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | ||
R | 1,2 | 1,31 | 1,64 | 1,97 | 2,185 | 4,37 |
отрезок | 0,439 | 0,418 | 0,366 | 0,326 | 0,303 | 0,18 |
N | 19,5 | 16,8 | 12,4 | 11,8 | 9,7 | |
N(R+1) | 36,3 | 36,9 | 37,7 |
Рис. 2.2 Определение рабочего флегмового числа.
Примем рабочее флегмовое число R=1,75, что соответствует минимальному значению N(R+1)=f(R).
Определяем относительный мольный расход питания f:
Тогда уравнения рабочих линий верхней и нижней частей ректификационной колонны:
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
ы... Ректификация массообменный процесс который осуществляется путем... На рис представлена схема ректификационной установки пример расчета которой представлен ниже...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов