KBR_2005

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. Губкина

Т.В. Прокофьева, В.А. Щелкунов, В.В. Андриканис, Е.Б. Федорова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БИНАРНОЙ СМЕСИ

Москва 2005

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

_________________

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Т.В. Прокофьева, В.А. Щелкунов, В.В. Андриканис, Е.Б. Федорова

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БИНАРНОЙ СМЕСИ

Методические указания по курсовому, дипломному проектированию и по НИРС

для студентов специальностей 17.05, 25.01, 25.04, 25.13., 32.07

Москва 2005

УДК 66.048.375

Прокофьева Т.В., Щелкунов В.А., Андриканис В.В., Федорова Е.Б.

Технологический pасчет ректификационной колонны для разделения бинарной смеси. - М.: РГУ нефти и газа, 2005, 37 с.

В методическом указании приведен пример технологического расчета ректификационной колонны для разделения бинарной смеси углеводородов. Дана методика определения технологического режима, обеспечивающего заданное разделение, расчет диаметра и высоты колонны, диаметров штуцеров. Расчет параметров ректификации проводится с использованием программы Excel.

Методическое указание пpедназначено для студентов специальностей 17.05, 25.01, 25.04, 25.13., 32.07, изучающих курс “Процессы и аппараты химической технологии“.

Ил. 10, табл. 7, библ. - 4 назв.

© Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005

Целью технологического расчета ректификационной колонны является определение: температурного режима, нагрузок по парам и жидкости, количества и качества получаемых продуктов, размеров аппарата.

Расчет ректификационной колонны может быть выполнен как в массовых, так и в мольных единицах, причем соответствующие уравнения материального баланса имеют один и тот же вид. Ниже приведен расчет колонны в массовых единицах. Примем следующие обозначения (рис. 1):

F , x , e , tF	- массовый расход сырья, массовая доля НКК, доля
отгона и температура сырья на входе в колонну;
GF , gF , yF*, xF*	- массовый расход паровой части сырья и неиспарив-
шейся жидкости в секции питания, доля НКК в этих потоках;
D , yD , tD	- массовый расход, доля НКК и температура паров
ректификата, отбираемых из колонны;
W, xW , tW	- массовый расход, доля НКК и температура остатка,
уходящего с низа колонны;
GNk, yNk , tNk	- массовый расход, доля НКК и температура паров,
уходящих с верхней тарелки в парциальный конденсатор;
gD , xD* , tD	- массовый расход, доля НКК и температура горяче-
го орошения;
g1 , x1 , t1	- массовый расход, доля НКК и температура жидко-
сти, стекающей с нижней тарелки концентрационной части;
GNo , yNo , tNo	- массовый расход, доля НКК и температура паров,
уходящих с верхней тарелки отгонной части;
GW , yW* , tW	- массовый расход, доля НКК и температура паров,
поступающих из кипятильника;
Qd	- тепло, снимаемое на верху колонны (тепло ороше-
ния);
QВ	- тепло, подводимое в низ колонны (тепло кипя-

тильника).

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной колонны

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.Сырье состоит из смеси н.октана и н.декана, содержание н.октана

всырье xF = 0,4 .

2. Содержание н.октана в ректификате yD = 0,98 , в остатке xW = 0,01.

3.Давление в секции питания колонны πэв = 0,12 МПа.

4.Массовая доля отгона сырья, поступающего в колонну е=0,2.

5.Физические свойства компонентов:

	н.октан	н.декан
молекулярная масса, М	114,2	142,2
температура кипения, tk, оС	125,7	174,1;
относительная плотность, ρ420	0,703	0,730.

6. Массовый расход сырья F = 12000 кг/ч.

1. РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЙ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ КОМПОНЕНТОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ,

РАВНОВЕСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ, ЭНТАЛЬПИЙ

Для расчета состава равновесных фаз и построения кривой равновесия фаз, изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграммы рассчитываются давления насыщенных паров (ДНП) компонентов от температуры.

Большинство существующих формул для определения упругости насыщенных паров эмпирические. Наиболее известными для определения упругости насыщенных паров индивидуальных углеводородов являются формулы: Дальтона, Дюринга, Рамсай-Юнга, Кокса, Ашворта, Антуана, Вильсона [1-4].

В приведенном ниже примере для расчета давлений насыщенных паров используется уравнение Антуана [1]:

	lg Pi = Ai −	Bi	,	(1)
		Ci + t

где Ai , Bi , Ci - константы уравнения Антуана для i-го компонента;

t - температура, оС.

Константы уравнения Антуана взяты из справочной литературы [1, 2].

Для н.октана с температурой кипения 125,7оС при давлении в колонне

π = 0,12 МПа ближайшая температура 130оС, для н.декана с температурой кипения 174,1оС такой температурой является 180оС; следовательно, кривые зависимости ДНП от температуры строятся в интервале температур 130 - 180оС . Интервал температур уточняется, т.е. определяются температуры

кипения компонентов при заданном давлении (P1=π при t=ta ;

P2=π при t=tw).

Температуры кипения компонентов при давлении π = 0,12 МПа составляют: н.октана ta = 131,98oC и н.декана tw = 180,96 oC .

В интервале ta - tw произвольно задаемся рядом температур и вычис-

ляем составы равновесных жидкой

x' и паровой y' фаз по уравнениям (2)

и (3):

x'

=

π −P2

,

(2)

P1 −P2

y'

=

P1

x' .

(3)

π

Значения массовых концентраций определены по уравнениям (4) и (5):

x

=

M 1 x'

=

M 1 x'

,

(4)

M 1 x'

+ M 2 ( 1−x' )

M ж .cp

y

=

M

1 y'

=

M 1 y'

,

(5)

M 1 y' + M 2 ( 1− y' )

M n.cp

где М1 и М2 - соответственно, молекулярные массы н.октана и н.декана;

Mж.ср и Mп.ср - средние молекулярные массы жидкости и паров.

Температура ввода сырья в колонну определяется при заданной доле отгона е = 0,2:

e =	xF − x*F
			.	(6)
	*	*
	yF	− xF

Температуры дистиллята и остатка определяются без учета изменения давления по высоте колонны подбором по заданным концентрациям yD и

xW..

Результаты расчетов приведены в табл. 1., на рис. 2-4 даны графические зависимости.

							Таблица 1
t,oC	P1	P2	x'	y'	x	y		e
131,98	0,1200	0,0302	1,0000	1,0000	1,0000	1,0000		#####
133,65	0,1254	0,0318	0,9419	0,9846	0,9286	0,9809		-10,112
140,00	0,1480	0,0389	0,7436	0,9169	0,6995	0,8986		-1,505
145,00	0,1678	0,0453	0,6098	0,8528	0,5564	0,8231		-0,587
150,00	0,1897	0,0525	0,4921	0,7779	0,4376	0,7377		-0,125
154,92	0,2133	0,0604	0,3898	0,6927	0,3390	0,6441		0,200
160,00	0,2399	0,0696	0,2958	0,5913	0,2522	0,5374		0,518
165,00	0,2685	0,0798	0,2132	0,4771	0,1787	0,4228		0,907
170,00	0,2997	0,0910	0,1390	0,3471	0,1147	0,2991		1,547
179,94	0,3696	0,1168	0,0125	0,0385	0,0101	0,0312		18,488
180,96	0,3774	0,1200	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000		#####

	0,40
	0,35
	0,30
МПа	0,25
Давление,	0,20				π =0,12 МПа
	0,15	a					b
	0,10
	0,05					tw =180,96oC
			o
	0,00		ta=131,98 C
	130		140	150	160	170	180	190
					Температура, оС

Рис.2. Зависимости давлений насыщенных паров н.октана и н.декана от температуры