Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Материальный баланс ректификационной колонны может быть составлен в массовых или мольных единицах, причем соответствующие балансовые уравнения имеют один и тот же вид. При установившемся режиме работы колонны массы всех потоков остаются неизменными (рис. IV-5). Ниже рассмотрен материальный баланс в массовых единицах. Примем следующие обозначения:

F, Хр, е, tp, Op - соответственно масса сырья, массовая концентрация НКК, доля отгона, температура и количество тепла при входе сырья в колонну;

и ур и хр -соответственно масса паровой части сырья и неиспарившейся жидкости, концентрация в них НКК;

Рис. IV-5. Схема потоков ректификационной колонны, используемая для составления материальных и тепловых балансов:

/ - /V - контуры для составления балансов; 1 - 4 - сечения

Д Уо. в- ~ соответственно масса, концентрация, температура и количество тепла паров ректификата, уходящего с верха колонны;

W, xr, tr, - соответственно масса, концентрация, температура и количество тепла, отходящего с низа колонны остатка;

дд, Хд, <д - соответственно масса, концентрация и температура

жидкости (орошения, флегмы), стекающей из парциального конденсатора и находящейся в равновесии с парами Д

Np Умр np ~ соответственно масса, концентрация и температура паров, поднимающихся с верхней тарелки концентрационной части колонны;

д, X, t - соответственно масса, концентрация и температура жидкости, поступающей в произвольное сечение 1-1 верхней или 3-3 нижней части колонны;

G, у, Г - соответственно масса, концентрация и температура паров, поступающей в произвольное сечение 1-1 верхней или 4-4 нижней части колонны;

д,, X,, - соответственно масса, концентрация и температура жидкости, стекающей с нижней тарелки концентрационной части колонны;

<Jno у No no ~ соответственно масса, концентрация и температура паров, поднимающихся с верхней тарелки отгонной части колонны;

д,,, X,,, ty - соответственно масса, концентрация и температура жидкости, стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны;

Gw yw tw - соответственно масса, концентрация и температура паров, поступающих под нижнюю тарелку отгонной части колонны и находящихся в равновесии с остатком W;

О J - тепло, отнимаемое на верху колонны (тепло орошения);

Од - тепло, подводимое в низ колонны (тепло кипятильника). Материальный баланс будет иметь вид: для всей колонны

F = D + W,

для НКК

Fxp = Dyo + Wx.

Подставив в последнее уравнение вместо W величину F - D, получим Fxp = Dy+[F-D)x.

Тогда относительный отбор ректификата составит е = - = . (IV.1)

Соответственно относительный отбор остатка составит

l-e = = l-i=.2. (IV.2)

Из уравнений (IV. 1) и (IV.2) следует, что внешние потоки колонны и концентрации в них компонентов - взаимосвязанные величины и не могут устанавливаться произвольно.

Приведенные уравнения позволяют определить массовые расходы ректификата D и остатка W при заданных производительности колонны F, составе сырья х и четкости ректификации: концентрациях ув

и Xvy.

УРАВНЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЛИНИИ

Для выявления связи между потоками в любом сечении ректификационной колонны (масса, тепло и концентрации) следует мысленно разрезать колонну в соответствующем сечении. Отделить одну часть колонны от другой. Заменить отделенную часть соответствующими потоками массы и тепла и затем составить материальные, а в случае необходимости и тепловые балансы для рассматриваемой части колонны. Проводя подобные расчеты для нескольких сечений колонны, можно проследить за изменением потоков массы и тепла по высоте аппарата.

Уравнение рабочей линии для верхней части колонны. Рассмотрим уравнения материальных балансов для части колонны, находящейся выше сечения 1-1 (см. рис. IV-5). Запишем материальные балансы:

общий

G = д + D или G - д = D (IV.3)

и для НКК

Gy=gx + Оуо. (IV.4)

Из уравнения (IV.3) следует, что при стационарном режиме работы колонны (потоки массы не изменяются) разность потоков пара и жидкости в любом сечении верхней части колонны - величина постоянная, равная массе потока ректификата D, т.е. G > д. Следовательно, при увеличении или уменьшении одного из потоков (пара или жидкости) второй поток изменяется соответственным образом.

Уравнения (IV.3) и (IV.4) устанавливают зависимость между массами и составами паров и жидкости, проходящих через одно и то же сечение 1-1 колонны. Из этих уравнений следует, что масса потока паров G равна массе потоков ректификата D и флегмы д, а соответственно масса НКК в парах Gy равна массе НКК в ректификате Оуо и флегме дх. Таким образом, пары, поднимающиеся с любой тарелки в верхней части колонны, можно рассматривать как состоящие из двух частей: паров верхнего целевого продукта (ректификата) и сопутствующих паров, масса и состав которых равны массе и составу встречной флегмы. Следует отметить, что в ряде случаев масса сопутствующего потока паров может значительно превышать массу потока ректификата.

Приняв во внимание уравнение (IV.3), можно также уравнение (IV.4) записать в следующем виде: