Тепловой баланс ректификационной колонны

Тепловой баланс ректификационной колонны

Составим тепловой баланс колонны непрерывного действия, изображенной на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схема теплового баланса ректификационной колонны.

(3.24)

приход теплоты с теплоносителем в кипятильнике,

расход теплоты с уходящим из колонны паром,

приход теплоты с исходной смесью,

расход теплоты с уходящим из колонны кубовым остатком,

приход теплоты флегмой

потери тепла в окружающую среду.

C учетом того, что

, имеем

(3.25)

Решив (3.25) относительно получим :

(3.26)

Здесь: — теплота испарения флегмы,

— теплота на испарение дистиллята,

— теплота на обогрев кубового остатка от температуры исходной смеси, до температуры остатка.

Расход греющего пара в кипятильнике определяется по формуле:

, (3.27)

где r- теплота парообразования греющего пара.

Потери тепла в окружающую среду при наличии тепловой изоляции, обычно, невелики и составляют 3-5% от полезной нагрузки кипятильника.

Расход теплоты на ректификацию велик. Поэтому необходимо предусмотреть рекуперацию части тепла.

3.5 Периодическая ректификация

Ректификационные установки периодического действия используются преимущественно в малотоннажных производствах.

Исходную смесь загружают в куб и подогревают до кипения. Образующиеся в кубе пар, поднимаясь по колонне, обогащается НК в результате контакта со стекающей вниз флегмой, которая по мере движения к кубу обогащается ВК. Пары из колонны отводится в дефлегматор, где они конденсируются (полностью или частично). Жидкость в кубе постепенно обогащается ВК, теряя НК, который уносится паром. После достижения заданного состава кубовый жидкости, что можно установить по температуре кипения, ее сливают, а в куб загружают новую порцию исходной смеси (рис.3.18)

Таким образом, колонна работает в режиме укрепляющей части, роль исчерпывающей части играет куб.

Рис.3.18. Схема установки периодической ректификации:

1 – куб – испаритель, 2 – ректификационная колонна, 3 – дефлегматор, 4 – делитель флегмы, 5 – холодильник дистиллята, 6 – сборник дистиллята, 7 – холодильник кубового остатка, 8 – сборник кубового остатка.

Периодическую ректификацию можно провести двумя способами:

— при постоянном флегмовом числе (R=const)

— при постоянном составе дистиллята (=const)

Случай R=const. Поскольку ввод питания в колонну отсутствует ,то расходы жидкости и пара по высоте колонны не изменяются, что обуславливает единственную рабочую линию, соответствующую рабочей линии верхней части колонны непрерывного действия. Отличие будет заключаться в уменьшении состава дистиллята с течением времени , что приводит к параллельному переносу рабочей линии вниз для каждого последующего момента времени (рис.3.19 и рис.3.20) .

Рис.3.19. Рабочие линии и линия Рис.3.20. Зависимость состава

равновесия для периодической дистиллята от состава кубовой

ректификации при R=const. жидкости.

Между рабочими линиями и линией равновесия вписываются прямоугольные треугольники, определяющие количество теоретических ступеней (тарелок).

Случай хD = const. Количество флегмы по мере уменьшения содержания НК в кубе должно постепенно возрастать. Поэтому для проведения этого процесса требуется управляющие автоматизированные системы.

Рис.3.21. Рабочие линии и линия равно- Рис.3.22. Определение рабочего

весия для периодической ректификации флегмового числа в зависимости

при хD = const. от состава кубовой жидкости.

На рис.3.21 рабочие линии построены для различных значений R. По этим данным строится зависимость (рис.3.22).

Установка для проведения процесса аналогична изображенной на рис.3.18. Только отпадает необходимости в нескольких сборниках дистиллята.

Зависимости и строятся на основе уравнений материального баланса.

3.6. Ректификация многокомпонентных смесей.

Если в составе многокомпонентной смеси k компонентов, то количество аппаратов для их разделения N=k-1. (с последнего аппарата снимается дистиллят и кубовый остаток). При этом каждая колонна простая (рис.3.23).

Рис.3.23. Схема установок для ректификации 3-х компонентных смесей.

Если не требуется четкого разделения исходной смеси на составляющие компоненты, а достаточно получать фракции определенного состава, то процесс можно осуществлять в одной колонне, отбирая по ее высоте нужные фракции компонентов. Такая колонна называется сложной.

Читайте также:  Как взломать страничку вк если знаешь логин

Организация материальных и тепловых потоков в сложных колоннах для многокомпонентной ректификации не отличается от организации потоков для бинарных смесей. Однако летучесть компонентов составляющих смесь разная. Поэтому расчет аппаратов для разделения инокомпонентных смесей сложнее, чем для бинарных смесей.

Материальный баланс колонны по потоку:

(3.28)

по i-му компоненту:

(3.29)

Заменим из (3.28) получим:

(3.30)

Здесь ε- относительный отбор дистиллята аналогично для смеси нескольких компонентов:

(3.31)

Относительный отбор кубового остатка.

(3.32)

При этом соблюдается условие:

(3.33)

Для укрепляющей части колонны уравнение рабочей линии:

(3.34).

Для исчерпывающей части колонны

(3.35).

Уравнение теплового баланса имеет вид (3.26).

· система уравнений материального баланса;

3.7. Экстрактивная и азеотропная ректификация.

Разделение компонентов с близкими температурами кипения, относительные летучести α которых близки к 1, сопряжено со значительными трудностями. Как известно, что предельный случай. Если α невелика, то такую смесь можно разделить под вакуумом, чем меньше Р, тем больше . Экономически целесообразно использование разделяющего компонента избирательного действия.

Разделяющий компонент (РК) обладает избирательным свойством – повышает давление пара НК, в большей степени, чем давление пара ВК(рис.3.23).

Резкое увеличение облегчает разделение смеси, но влечет за собой последующий процесс разделения смеси, которые удаляются с остатком. Описанный метод называется экстрактивной ректификацией.

При экстрактивной ректификации РК должен обладать значительно меньшей летучестью, чем компоненты исходной смеси. При экстрактивной ректификации получаем чистый дистиллят.

При азеотропной ректификации РК образует азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется из ректификационной колонны в качестве дистиллята. Такие РК должны быть летучими веществами. При этом ВК. (почти чистый) получают в виде кубового остатка.

| следующая лекция ==>
Выбор флегмовога числа | Жидкостная экстракция

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 8366 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Технологические параметры работы ректификационных колонн.

Лекция 2. Расчет ректификационных колонн установок первичной переработки нефти.

2.1 Технологические параметры.

Ректификация является основным процессом нефтепереработки. Она предназначена для разделения нефти на фракции, стабилизации получаемых продуктов, выделения некоторых индивидуальных углеводородов, отгонки растворителей и т.п.

На процесс ректификации главное влияние оказывают два параметра — температура и давление. В зависимости от рабочего давления различают три типа ректификационных колонн: работающие под вакуумом, при повышенном и при атмосферном давлении.

Технологический режим ректификационных колонн первичной переработки нефти зависит также от типа перерабатываемой нефти. Для колонн атмосферно-вакуумной установки АВТ-6 ориентировочные нормы технологического режима следующие:

Колонны Температура, °С Давление, кПа

верх 100-140 400-450

Основная атмосферная К-2:

верх 120-150 120-150

Определение температур подачи сырья в ректификационные колонны, а также вывода продуктов является сложной задачей. Существуют графические и аналитические способы определения этих температур. Графические основаны на использовании кривых истинных температур кипения (ИТК) и однократного испарения (ОИ). В дальнейшем по кривым ОИ определяют температуру выходящих из ректификационной колонны потоков: жидких − по нулевому отгону, паровых − по 100%-му отгону.

Материальный баланс. Материальный баланс ректификационной колонны составляется исходя из равенства количеств подаваемого сырья и выходящих продуктов и выражается обычно массовым или объемным расходом. На рисунке 2.1 приведена схема материальных потоков в колонне, буквами GO, GD и GW на ней обозначено количество соответственно сырья, дистиллята и остатка. Для этого случая материальный баланс колонны при стабильном режиме запишется

Читайте также:  Как вставлять картинки в повер поинт

Рисунок 2.1 Схема материальных и тепловых потоков в ректификационной колонне

Для любого i-го компонента он примет форму

где − массовые доли компонента i в сырье, дистилляте и остатке.

Совместное решение равенства (3.7) и (3.8) дает уравнение

Состав и количество сырья, т.е. величины GO и обычно известны.

Принимая в соответствии с заданными требованиями степень чистоты продуктов (величины и ), определяют количество дистиллята и остатка.

Тепловой баланс. Пренебрегая тепловыми потерями в окружающую

среду, можно записать:

где Фвх и Фвых − тепловой поток, соответственно входящий и выходящий из колонны, Вт (1 Вт = 1 Дж/с).

Тепловой поток поступает в колонну (см. рис.2.1):

1) с сырьем, нагретым до температуры t0, в случае подачи сырья в виде жидкости

где − энтальпия жидкого сырья, Дж/кг; в случае подачи сырья в паро-жидкостном состоянии с массовой долей отгона е.

где − энтальпия паров сырья, Дж/кг;

2) с испаряющим агентом (водяным паром) Фв.п или горячей струей Фг.с способа подогрева низе колонны будет равен:

Тепловой поток выходит из колонны:

1) с парами дистиллята

где — энтальпия паров дистиллята, дж/кг

2) с жидким нижним продуктом

где −энтальпия жидкого остатка, Дж/кг;

3) с верхним орошение − Фор.

Пары орошения, покидающие колонну, имеют ту же температуру, что и пары дистиллята, − tD, и после их конденсации орошающая жидкость входит в колонну с температурой tор. Следовательно,

Суммарный тепловой поток, покидающий колонну.

Тогда равенство (2.4) запишется в виде

Для сложной колонны, работающей с отводом боковых продуктов, их теплота должна быть учтена в статье расхода. В такие колонны теплота вносится, как правило, больше, и ее избыток снимается циркуляционными орошениями. При этом по дефициту теплового баланса определяется необходимое число орошений, количество циркулирующей жидкости и степень ее охлаждения.

Материальный и тепловой баланс представляют обычно в виде таблиц который будет рассмотрен при решении практических задач.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10951 — | 8181 — или читать все.

Теперь находим общее число единиц переноса в верхней и нижней частях колонны:

Высоты единиц переноса:

(Далее для верхней части колонны — индекс в, для нижней — индекс н).

Для расчета высот единиц переноса применяют формулы:

где hy — высота единицы переноса по паровой фазе, м; — диффузионный критерий Прандтля для газа; — массовая плотность орошения, кг/ (м 2 с); z — высота насадки одной секции (не должна превышать 3 м), м; , — динамический коэффициент вязкости жидкости, мПас; ; , — поверхностное натяжение воды при 20 0 С () и жидкости при средней температуре в колонне, Н/м; D — диаметр колонны, м; — коэффициент, определяемый по экспериментальным данным; Dy — коэффициент диффузии для пара, который рассчитывается по формуле:

где T — средняя температура пара, К; P — среднее давление в колонне, атм; — мольные массы легколетучего компонента и инертной фазы, кг/кмоль; — мольные объемы растворенного вещества и растворителя, см 3 /моль. Они находятся по соответствующим таблицам.

Определим динамические коэффициенты вязкости паров по формулам:

где — мольные массы: смеси паров (12а, б), ацетона и метанола соответственно, кг/кмоль; 1, 2 — вязкости паров чистых компонентов, . Их можно рассчитать по соответствующим зависимостям от температуры:

По формулам (32а, б):

Далее находим критерий Прандтля:

Читайте также:  Мтс точка доступа интернет андроид

Определим по аддитивной формуле поверхностные натяжения жидкостей в верхней и нижней частях колонны:

где — поверхностные натяжения ацетона и метанола, Н/м. Они зависят от температуры и подчиняются зависимостям:

По формулам (34а, б) находим:

Находим оставшиеся необходимые величины к формуле (30):

Тогда высота единиц переноса по паровой фазе равна: ()

где hx — высота единицы переноса по жидкой фазе, м; — коэффициенты, определяемые графически по экспериментальным данным; — диффузионный критерий Прандтля для жидкости. Коэффициент диффузии Dx для жидкости определяется по приближенной формуле:

где D20 — коэффициент диффузии бинарной смеси при t = 20 0 C, м 2 ; t -температура смеси, 0 С;

b — температурный коэффициент, вычисляемый по формуле:

где — динамический коэффициент вязкости, , и плотность смеси, , при температуре 20 0 С. Их можно найти используя формулы (20а, б) и (13а, б), а также зависимости от температуры (21а, б) и (14а, б):

Тогда по формуле (38):

Определим по формуле:

где А и В — коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя (A = 1, B = 2). Остальные обозначения находятся в формуле (31).

Возвращаемся к формуле (37):

Высота единиц переноса для жидкой фазе: (Фв =0.037, Фн = 0.043, с = 0.67)

Далее определим общую высоту единицы переноса по формуле:

где — удельный расход жидкой фазы, кмоль/кмоль; m — тангенс угла наклона касательной к равновесной линии: — в точке, соответствующей средним концентрациям для верхней и нижней частей колонны.

Тогда высота насадки по формуле (29):

Общая высота насадки колонны:

Наконец общую высоту колонны найдем по формуле:

где — высота насадки одной секции, равна 3м; — число секций (); — высота промежутков между секциями, м; и — высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, соответственно, м.

В соответствии с рекомендациями [3]:

Диаметр колонны, м

Величина зависит от размеров распределительных тарелок (ТСН-3) и при проектировании принимают м. Примем hр = 0.6 м.

Тогда общая высота колонны будет:

Расчет гидравлического сопротивления колонны:

Гидравлическое сопротивление насадки без учета сопротивления опорных решеток, распределительных тарелок можно рассчитать по уравнению

(42). Тогда получим: .

Тепловой баланс ректификационной колонны

Тепловой баланс ректификационной колонны выражается общим уравнением:

где QД — расход теплоты, отнимаемый охлаждающим воздухом от конденсирующихся в дефлегматоре паров, Вт; QК — расход теплоты, получаемой кипящей жидкостью от конденсирующегося греющего пара в кубе-испарителе, Вт; и — уход тепла с дистиллятом и кубовой жидкостью, — ход тепла с исходной смесью, Вт; — средние удельные теплоёмкости дистиллята, кубового остатка и исходной смеси, при соответствующих температурах, ; Qпотерь — тепловые потери колонны в окружающую среду, составляет 5% от полезно затрачиваемой работы, Вт; — температуры кипения растворов, составов: дистиллята, кубового остатка и исходной смеси, С. Последние определяем по графической зависимости температура — состав (приложение 1):

Заранее определим удельные теплоемкости по аддитивной формуле:

где с1 и с2 — удельные теплоемкости легколетучего компонента и инертной фазы соответственно, . Они подчиняются зависимости от температуры:

исходная смесь: 2.279

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающему воздуху в дефлегматоре:

где R — число флегмы; rD — удельная теплота парообразования пара состава xD в дефлегматоре, Дж/кг.

Для смеси паров она находится по правилу аддитивности:

где — удельные теплоты парообразования легколетучего компонента и инертной фазы при температуре дистиллята, Дж/кг. Они зависят от температуры и подчиняются зависимостям:

Возвращаясь к формуле (43) получим:

Тогда расход теплоты QK равен:

Ссылка на основную публикацию
Телефон леново включается но не запускается
Бывает, что пользователь включает свой смартфон, процесс доходит до заставки (логотипа) и дальше не грузится. Сразу начинается паника, ведь телефон...
Сфера деятельности интернет провайдера
Может предоставлять услуги: Однако самыми распространенными являются услуги виртуального хостинга, регистрации доменов и VDS. Технические аспекты Задача хостинговой компании —...
Сфинкс вижн форум пользователи
Здравствуйте. Сделал поиск по фильмам. Все работает, но почему то не могу сделать ранжирование поиска. Через апи поставил $sphinx->SetFieldWeights(array ('item_runame'...
Телефон леново инструкция для чайников
Большинство из нас чувствует себя неуверенно, когда приходится знакомиться с новой операционной системой. И несмотря на то, что Андроид сегодня...
Adblock detector