Ректификационной колонной

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ

С помощью системы компьютерной математики Mathcad исследовался процесс управления в восьмитарельчатой тарельчатой ректификационной колонне для разделения трехкомпонентной смеси бензол-толуол-ксилол. Целью исследования является определение влияния возмущений по расходу входного потока на процесс ректификации и анализ полученных результатов.

На рисунке 9.1 представлена блок-схема исследуемого процесса ректификации.

Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из куба-испарителя.

С помощью куба-испарителя создается восходящий поток пара. Пары проходят через слой жидкости на нижней тарелке.

Пар, представляющий на выходе из куба-испарителя почти чистый высококипящий компонент (толуол, ксилол), по мере движения вверх все более обогащается низкокипящим (бензол). Пар покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого низкокипящего, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от куба-испарителя до верха колонны. Пары конденсируются в дефлегматоре, охлаждаемом водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе на дистиллят и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. С помощью дефлегматора в колонне создается нисходящий поток жидкости. При таком разделении в качестве дистиллята получается практически чистый бензол, а в качестве кубового остатка – смесь толуола с ксилолом.

Для математические описания объекта управления ректификационной колонной каждый компонент смеси должен быть выражен через отдельные компоненты массового баланса.

Используя мольные доли, одно уравнение может быть опущено и заменено, при условии, что сумма мольных долей должна быть равна единице.

Для i -того компонента на любой тарелке n, находящейся выше тарелки питания:

.

Для i -того компонента на любой тарелке n, находящейся ниже тарелки питания:

,

где i=1, 2, 3.

Рисунок 9.1 – Блок-схема процесса ректификации

Выражение равновесного состояния при условии относительной зависимости величины

Расходы в колонне: V=V₁; D=V/(R+1); L=V-D; L1=L+F; W=L1-V1

Таблица 9.1 – Спецификация принятых обозначений и их размерность

Обозначения	Наименование	Размерность
M	Мольная доля	кмоль
L	Расход жидкой фазы
X	Концентрация жидкой фазы
Y	Концентрация газовой фазы
V	Расход газовой фазы
R	Флегмовое число	-
	Относительная летучесть
D	Расход дистиллята
1-8	Номера тарелок	-
B	Куб-испаритель	-
O	Делитель флегмы	-

Таблица 9.2 – Исходные данные

Значение	Описание
F=50	Расход питающего потока колонны
BF=0.6, TF=0.25	Питающий состав
R=5	Флегмовое число
	Относительные летучести
M0=75, M9=150, M=30	Удерживающая способность тарелок
V1=150	Расход пара

Начальные концентрации компонентов представлены в таблице 9.3.

Таблица 9.3 – Начальные концентрации в дефлегматоре, на тарелках колонны и кубе-испарителе

Местонахождение	Бензол	Толуол
в дефлегматоре	B0=0.967	T0=0.0325
на 1-й тарелке колонны	B1=0.914	T1=0.0849
на 2-й тарелке колонны	B2=0.813	T2=0.185
на 3-й тарелке колонны	B3=0.651	T3=0.343
на 4-й тарелке колонны	B4=0.457	T4=0.522
на 5-й тарелке колонны	B5=0.289	T5=0.649
на 6-й тарелке колонны	B6=0.137	T6=0.781
на 7-й тарелке колонны	B7=0.056	T7=0.817
на 8-й тарелке колонны	B8=0.02	T8=0.755
в кубе-испарителе	B9=0.006	T9=0.594

Дата добавления: 2014-11-29