Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Технологический расчет

Исходные данные:

Смесь метанол-этанол, F = 4,5 кг/с

Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:

Переводим в массовые концентрации:

, здесь

М_м=32 кг/кмоль – мольная масса метанола;

М_э=46 кг/кмоль – мольная масса этанола.

Отсюда находим:

Относительный мольный расход питания:

По данным прил. 1 строим равновесную кривую на рис. 1

Минимальное флегмовое число:

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы β, определим соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней

изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y – состав жидкости x находим N.

Пусть β=1,1 – коэффициент избытка флегмы, тогда рабочее флегмовое число R=β· R_min=1,1·4,579=5,04

Уравнение рабочей прямой верхней части колонны:

, строим на рис.1

Пусть β=1,3, тогда R=β· R_min=1,3·4,579=5,95

,

Пусть β=1,5, тогда R=β· R_min=1,5·4,579=6,87

, строим на рис.2

Пусть β=2, тогда R=β· R_min=2·4,579=9,16

,

Пусть β=2,5, тогда R=β· R_min=2,5·4,579=11,45

, строим на рис.3

Полученные результаты сводим в таблицу:

β	1,1	1,3	1,5		2,5
R	5,04	5,95	6,87	9,16	11,45
N
N(R+1)	193,28	180,7	165,3	193,04	224,1

По данным таблицы строим график зависимости R от N(R+1) cм. Рис. 5.

Определяем оптимальное рабочее флегмовое число R=6,87 тогда уравнения рабочих прямых:

, строим их на рис.4.

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений:

LВ = Р·R·МВ/МР;

LН = Р·R·МН/МР + F·МН/МF, здесь

Мольные массы дистиллята и исходной смеси

МР = хр·Мм + (1 – хр)·Мэ = 0,78 · 32 + (1 – 0,78) · 46 = 35,08 кг/кмоль – мольная масса дистиллята;

МF = хF ·Мм + (1- хF) · Мэ = 0,25·32 + (1-0,25) · 46 = 42,5 кг/кмоль – мольная масса исходной смеси;

МВ, МН – средние мольные массы жидкости для верхней и нижней частей колонны:

МВ = хсрв · Мм + (1 – хсрв) · Мэ

МН = хсрн · Мм + (1 – хсрн) · Мэ,

Средний мольный состав жидкости соответсвкнно в верхней и нижней частях

колонны:

xсрв = (хF + хР) / 2 = (0,25+ 0,78) / 2 = 0,515 кмоль/кмоль смеси

xсрн = (хF + хW) / 2 = (0,25+ 0,03) / 2 = 0,14 кмоль/кмоль смеси

МВ = 0,515 · 32 + (1 – 0,515) · 46 = 38,89 кг/кмоль

МН = 0,14 · 32 + (1 – 0,14) · 46 = 44,04 кг/кмоль, тогда

LВ = 1,089 · 6,87 · (38,79/35,08) = 8,27 кг/с

LН = 1,089· 6,87 · (44,04/35,08) + 4,5 · (44,04/42,5) = 12,92 кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней GВ и нижней GН частях колонны:

GВ = Р·(R + 1) М'В /МР

GН = Р·(R + 1) М'Н /МР,

Здесь М'В, М'Н – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

М'В = yсрв · Мм + (1 – yсрв) · Мэ

М'Н = yсрн · Мм + (1 – yсрн) · Мэ, здесь средние концентрации паров определяем из уравнений рабочих прямых:

yсрв = (0,78+0,317)/2= 0,548 кмоль/кмоль смеси

yсрн = (0,317+0,03)/2= 0,173 кмоль/кмоль смеси

М'В = 0,548· 32 + (1 – 0,548) · 46 = 38,33 кг/кмоль

М'Н = 0,173· 32 + (1 – 0,173) · 46 = 43,58 кг/кмоль, тогда

GВ = 1,089 · (6,87 + 1) · 38,33/35,08 = 9,36 кг/с

GН = 1,089 · (6,87 + 1) · 43,58/35,08 =10,65 кг/с

Дата добавления: 2015-06-29