Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн

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: Х^F_{метилформиата}= 0,4 мол.д.;

Х^F_{метилацетат}= 0,3 мол.д.;

Х^F_{пропилформиат}= 0,3 мол.д.

Требуемая чистота разделения: Х_{продукта}=0,99 м.д.

Таблица 1. Коэффициенты уравнения Антуана и температуры кипения чистых веществ.

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.

На основании табл.2 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок, представленные на рис.1 и 2.

Рис. 1. Зависимость величины флегмового числа от общего количества теоретических тарелок в первой колонне при первом заданном разделении

Число теоретических тарелок, N_общ

Рис. 2. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q_кип, МВт, от общего количества теоретических тарелок в первой колонне при первом заданном разделении

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

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. 3. Зависимость величины флегмового числа от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении.

Число теоретических тарелок, N_общ

Рис. 4. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q_кип, МВт, от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении

Число теоретических тарелок, N_общ

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.

Рис.5. Оптимизированная схема первого заданного разделения для смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат.

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.

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.

Рис. 6. Зависимость величины флегмового числа от общего количества теоретических тарелок в первой колонне при втором заданном разделении.

Число теоретических тарелок, N_общ

Рис. 7. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q_кип, МВт, от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при втором заданном разделении.

Число теоретических тарелок, N_общ

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.

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.

Рис. 8. Зависимость величины флегмового числа от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при втором заданном разделении.

Число теоретических тарелок, N_общ

Рис. 9. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Q_кип, МВт, от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при втором заданном разделении

Число теоретических тарелок, N_общ

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.

Схема рассчитанного комплекса представлена на рис.10.

Рис.10. Оптимизированная схема второго заданного разделения для смеси метилформиат- метилацетат -пропилформиат.

Выводы:

В табл.6. сведены итоги расчёта схемы разделения трёхкомпонентной смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат по первому и второму заданному разделению.

Таблица 6. Итоги расчёта.

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; N_{питания} = 10 тарелка;

2 колонна: H = 20 тарелок; N_{питания} = 10 тарелка;

Тип разделения: первое заданное.