Цель работы:
Рассчитать комплекс для разделения трёхкомпонентной смеси из двух ректификационных колонн. Для каждой колонны рассчитать оптимальное число тарелок и зону питания. Выбрать, какой тип разделения оптимален по энергозатратам.
Исходные данные:
Поток питания: F = 150 кмоль/час;
Состав исходной смеси: ХF
метилформиата
= 0,4 мол.д.;
ХF
метилацетат
= 0,3 мол.д.;
ХF
пропилформиат
= 0,3 мол.д.
Требуемая чистота разделения: Хпродукта
=0,99 м.д.
Таблица 1.
Коэффициенты уравнения Антуана и температуры кипения чистых веществ.
| Вещество | Т
кип ,ºС |
Т
кип , К |
А | В | С |
| Метилформиат | 31,58 | 304,73 | 16,5104 | 2590,87 | -42,60 |
| Метилацетат | 56,47 | 329,62 | 16,1295 | 2601,92 | -56,15 |
| Пропилформиат | 81,37 | 354,52 | 15,7671 | 2593,95 | -69,69 |
В качестве термодинамической модели выбираем модель UNIFAC.
Первое заданное разделение:
Проводим поверочный расчёт первой колонны и добиваемся чистоты легкокипящего продукта (метилформиат) в дистилляте 0,99 м.д. Затем проводим проектно-поверочный расчёт первой колонны, результаты которого представлены в табл.2.
Таблица 2.
Результаты проектно-поверочного расчёта для первой колонны при первом заданном разделении.
| R
|
Q
кип , МВт |
N
общ |
N
питания |
| 1,5 | 1,1978 | 25 | 12 |
| 1,5 | 1,1827 | 20 | 10 |
| 1,6 | 1,2391 | 20 | 10 |
| 2 | 1,4364 | 19 | 10 |
| 3 | 1,9050 | 15 | 7 |
| 5 | 2,866 | 14 | 7 |
| 10 | 5,04 | 10 | 5 |
| 25 | 7,06 | 7 | 3 |
На основании табл.2 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок,
На основании зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок в первой колонне при первом заданном разделении – это 20, а оптимальная тарелка питания в этом случае – 10ая.
Проводим поверочный и проектно-поверочный расчёт для второй колонны. Результаты проектно-поверочного расчёта представлены в табл.3.
Таблица 3.
Результаты проектно-поверочного расчёта для второй колонны при первом заданном разделении
| R
|
Qкип
, ГДж/час |
Nобщ
|
Nпитания
|
| 1,5 | 1,0693 | 40 | 20 |
| 2 | 1,1514 | 25 | 12 |
| 2,5 | 1,3328 | 20 | 10 |
| 3 | 1,4708 | 17 | 8 |
| 3,5 | 5,0589 | 12 | 6 |
На основании табл.3 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис.3 и 4.
Рис. 4. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q
кип
,
МВт
,
от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении
На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно с
Схема рассчитанного комплекса представлена на рис.5.
Второе заданное разделение:
Проводим поверочный расчёт первой колонны и добиваемся чистоты тяжелокипящего продукта (пропилформиат) в кубе 0,99 м.д. Затем проводим проектно-поверочный расчёт первой колонны, результаты которого представлены в табл.4.
Таблица 4.
Результаты проектно-поверочного расчёта для первой колонны при втором заданном разделении.
| R
|
Qкип
, ГДж/час |
Nобщ
|
Nпитания
|
| 0,5 | 1,4881 | 35 | 17 |
| 1 | 1,4820 | 30 | 15 |
| 1,5 | 1,5471 | 25 | 12 |
| 2,0 | 1,7212 | 20 | 10 |
| 2,5 | 2,5534 | 15 | 7 |
| 6,5 | 18,04 | 12 | 6 |
На основании табл. 4 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис. 6 и 7.
На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок в первой колонне при втором заданном разделении – это 22, а оптимальная тарелка питания– 11ая.
Проводим поверочный и проектно-поверочный расчёт для второй колонны. Результаты проектно-поверочного расчёта представлены в табл.5.
Таблица 5.
Результаты проектно-поверочного расчёта для второй колонны при втором заданном разделении.
| R
|
Qкип
, ГДж/час |
Nобщ
|
Nпитания
|
| 1,1 | 1,0223 | 30 | 15 |
| 1,4 | 1,1575 | 25 | 12 |
| 1,5 | 1,2103 | 20 | 10 |
| 2,0 | 1,4258 | 15 | 8 |
| 3,0 | 1,8943 | 13 | 7 |
На основании табл.5 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис.8 и 9.
На основании зависимости величины тепловой нагрузки на конденсатор от общего числа теоретических тарелок можно сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок во второй колонне при втором заданном разделении – это 25, а оптимальная тарелка питания – 12ая.
Выводы:
В табл.6. сведены итоги расчёта схемы разделения трёхкомпонентной смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат по первому и второму заданному разделению.
Таблица 6.
Итоги расчёта.
| Схема разделения
|
Колонна
|
R
|
Q
кип , МВт |
Суммарная
Q кип в двух колоннах, МВт |
| 1ое заданное | 1 | 1,5 | 1,1827 | 2,5155 |
| 1ое заданное | 2 | 2,5 | 1,3328 | |
| 2ое заданное | 1 | 1,75 | 1,6167 | 2,7742 |
| 2ое заданное | 2 | 1,4 | 1,1575 |
По суммарной нагрузке на конденсатор в обеих колоннах можно сделать вывод, что первое заданное разделение будет менее энергозатратно.
Таким образом, параметры схемы разделения смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат таковы:
1 колонна: H = 20 тарелок; Nпитания
= 10 тарелка;
2 колонна: H = 20 тарелок; Nпитания
= 10 тарелка;
Тип разделения: первое заданное.