Загрузка...
Учебная работа. Контрольная работа: Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн
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 сделать вывод о том, что оптимальное число теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении – это 20, а оптимальная тарелка питания – 10ая.
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.