Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА» в г. ОРЕНБУРГЕ
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Процессы и аппараты химической технологии»
Тема: «Технологический расчёт колонны для разделения сжиженных газов»
|
|
Выполнил: Студент группы ХН-10
Федорова Е.Р
Проверил: к.т.н., доцент
Кузнецов О.А.
|
Оренбург 2015
Содержание
Введение………...………………………………………..…………………...3
1 Исходные данные для расчета…….………………………….…………......4
2 Расчет однократного испарения сырья на входе в колонну………………4
3 Расчет числа тарелок, составов дистиллята и остатка………………….....8
4 Расчет флегмового числа…………………………………………………...15
5 Определение температуры верха и низа колонны………………………16
6 Определение материальных и тепловых потоков в колонне……………..19
7 Определение основных размеров колонны………………………………..23
Список используемой литературы…………………………………...………28
Введение
В данной работе представлен технологический расчет колонны для разделения сжиженных газов, сырьем которой является смесь, состоящая из и-бутана, н-бутана, и-пентана, н-пентана, и-гексана, н-гексана и н-гептана.
Целью расчета является определение составов дистиллята и остатка, параметров ректификации и основных размеров колонны.
В качестве параметров ректификации рассчитывают число контактных устройств в аппарате и их распределение между концентрационной и отгонной секциями, флегмовые и паровые числа, температуры верха и низа колонны, а также количество тепла, подводимого в низ колонны и отводимого сверху.
1 Исходные данные для расчета
Число компонентов в сырье n…………………………………………………..7
Число компонентов до границы деления р…………………………………….3
Производительность по сырью F, т/ч …………………………………………15
Давление в колонне в сечении ввода сырья πэв, мм. рт. ст.………………..6100
Мольная доля отгона
………………………………………………………..0,9
Состав сырья, % масс.:
|
и-бутана |
2 |
|
н-бутана |
5 |
|
и-пентана |
17 |
|
н-пентана |
28 |
|
и-гексана |
29 |
|
н-гексана |
17 |
|
н-гептана |
2 |
Содержание в дистилляте компонентов с и-бутана по нормальный пентан,
А = 9 %.
Содержание в остатке компонентов с и-гексана по нормальный гептан,
В = 9 %.
2 Расчет однократного испарения сырья на входе в колонну
Пересчет заданных массовых концентраций сырья в мольные проводится по уравнению:
где
-
молекулярная масса
i-го
компонента,
-массовая и мольная
концентрации
i-го
компонента в сырье, соответственно.
Молекулярная масса
сырья:
В табл.1 представлен состав исходного сырья в массовых и мольных концентрациях.
Таблица 1
|
№ комп. |
Компоненты |
t, оC |
Mi |
|
|
|
1 |
и-бутан |
-11,7 |
58 |
0,02 |
0,026514 |
|
2 |
н-бутан |
-0,5 |
58 |
0,05 |
0,066284 |
|
3 |
и-пентан |
27,9 |
72 |
0,17 |
0,181544 |
|
4 |
н-пентан |
36,1 |
72 |
0,28 |
0,299013 |
|
5 |
и-гескан |
60,3 |
86 |
0,29 |
0,259277 |
|
6 |
н-гексан |
68,7 |
86 |
0,17 |
0,15199 |
|
7 |
н-гептан |
98,4 |
100 |
0,02 |
0,015378 |
|
∑ |
- |
- |
- |
1,00 |
1,0000 |
Средняя
молекулярная масса сырья
Расчет
однократного испарения сводится к
определению доли отгона смеси при
заданной температуре и давлении или к
определению температуры при заданной
доле отгона. В результате расчета
определяются полные составы паровой
и жидкой
равновесных фаз, образующихся при
однократном испарении.
При
подаче сырья в колонну в паро-жидкостном
состоянии мольная доля отгона
или
температура сырья
рассчитываются методом последовательных
приближений по уравнениям:
или
а равновесные составы пара или жидкости соответственно определяются по уравнениям равновесия:
или
где
- константа фазового
равновесия i-го
компонента при температуре
;
- давление насыщенных паровi-го
компонента определяется по уравнению
Антуана
[1]:
где
,
,
-
константы уравнения Антуана для i-го
компонента,
- температура
ввода сырья в колонну.
Если
сырье подается в колонну в виде кипящей
жидкости (
=0),
температура ввода сырья определяется
по уравнению изотермы жидкой фазы:
.
Если сырье подается
в виде насыщенных паров (
=1),
используется уравнение изотермы паровой
фазы:
.
Уравнения
решаются методом последовательных
приближений с подбором такого значения
температуры
,
которое с заданной точностью превращает
уравнение в тождество.
Результаты
расчета однократного испарения сырья
при заданной мольной доле отгона
=0,9
и давлении
=
6100 мм.рт.ст. представлены в табл. 2.
Таблица 2
|
№ комп. |
t, оC |
|
|
|
|
1 |
-11,7 |
0,026514 |
0,0286313 |
0,0074534 |
|
2 |
-0,5 |
0,066284 |
0,0711156 |
0,0227974 |
|
3 |
27,9 |
0,181544 |
0,1882855 |
0,1208687 |
|
4 |
36,1 |
0,299013 |
0,3066744 |
0,230065 |
|
5 |
60,3 |
0,259277 |
0,250266 |
0,3403805 |
|
6 |
68,7 |
0,15199 |
0,1427519 |
0,2351354 |
|
7 |
98,4 |
0,015378 |
0,0123175 |
0,0429204 |
|
∑ |
- |
1,0000 |
1,000 |
1,000 |
Молекулярная масса паровой фазы рассчитывается по формуле:
молекулярная масса жидкой фазы:
Массовая доля отгона:
В результате расчета получено:
температура
ввода сырья
= 115,3°С,
молекулярная
масса паровой фазы
молекулярная
масса жидкой фазы
массовая доля отгона e = 0,836323.