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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК МЕТОДОМ "ОТ ТАРЕЛКИ К ТАРЕЛКЕ"

Число тарелок в колонне можно определить также так называемым методом "от тарелки к тарелке", который заключается в совместном использовании уравнений равновесия, материального и теплового балансов последовательно для всех тарелок колонны.

Поскольку состав ректификата ур задан, расчет концентрационной части колонны удобно вести сверху вниз (см. рис. IV-5).

Из материального и теплового балансов колонны определяют отбор ректификата D по заданному составу продуктов ур и х, а также количество тепла Od. отнимаемого в парциальном конденсаторе, и массу потока фле™ы Qp, стекающей из парциального конденсатора на верхнюю концентрационную тарелку. Состав потока флегмы др определяют по уравнению равновесия фаз:

Хп=---.

а-(а-1)ус

Коэффициент относительной летучести а определяется при tp - температуре начала конденсации паров ректификата, которая при ур, близком к единице, примерно равна t„ - температуре кипения чистого НКК.

По уравнению рабочей линии определяется состав паров у, поступающих с верхней тарелки в парциальный конденсатор:

•" igp/D)+l °

По изобарным температурным кривым для найденного состава паров Уд, находим их температуру, по которой уточняем коэффициент относительной летучести а. Затем по уравнению равновесия вычисляем состав жидкости Хц, равновесной с этими парами:

V -

" а-(а-1)ул,/

Далее по уравнению рабочей линии вычисляем состав паров Ун-\, поднимающихся с нижележащей тарелки:

др/Р Ур

--(gpD).x(gp,D).

а по уравнению изотермы паровой фазы определяем температуру этих паров.

Ранее было принято, что для потока фле™ы, стекающего с верхней тарелки, д = др. Поскольку температуры над и под верхней тарелкой различаются, это приводит к изменению энтальпий потоков. Поток флегмы gj можно определить из уравнения теплового баланса для контура под верхней тарелкой концентрационной части колонны:

В 3TOM уравнении все величины, кроме д, известны. Соответственно новому значению массы флегаы определяем новый состав паров Улг .1 и их температуру. Это уточненное значение температуры сравнивается с ранее найденным, а в случае их существенного расхождения вновь производится пересчет.

Таким образом, попеременно используя уравнения равновесия, материального и теплового балансов, т.е. двигаясь от тарелки к тарелке, определяем составы потоков по высоте колонны. Очевидно, такие вычисления необходимо производить до тех пор, пока не будет достигнут состав паров у„, поступающих на нижнюю тарелку концентрационной части колонны.

Если принять допущение о постоянстве потока флегмы по высоте аппарата, то отпадает необходимость использовать уравнение теплового баланса.

В ряде случаев может также быть принято допущение о постоянстве коэффициента относительной летучести в пределах каждой части колонны и его равенстве своему среднему значению (уравнение (11.27)].

Путем аналогичных расчетов можно определить число теоретических тарелок в нижней части колонны. Рассмотрим расчет, начиная с верхней тарелки отгонной части колонны (см. рис. IV-5).

После выполнения расчета верхней части колонны известны масса д, и состав X, флегмы, стекающей с нижней тарелки концентрационной части колонны. Кроме того, известны масса жидкой части сырья др и ее состав хр. На основании этих данных по уравнению материального баланса определяется масса паров G, поднимающихся с верхней тарелки отгонной части колонны и состав жидкости х„, поступающей на эту же тарелку:

9\Х\ + дрхр

9i+9f

Располагая этими данными, можно вычислить состав паров уд, по уравнению рабочей линии нижней части колонны:

По изобарным температурным кривым определяем температуру этих паров. При найденной температуре вычисляем коэффициент относительной летучести, а затем по уравнению равновесия фаз - состав жидкости, стекающей с верхней тарелки отгонной части колонны

а-(а-1)у„

Затем по уравнению рабочей линии определяем состав паров, поднимающихся с нижележащей тарелки:

Проводя расчеты последовательно от тарелки к тарелке, определяем составы паров и жидкости на каждой тарелке отгонной части колонны. Эти расчеты проводят до тех пор, пока состав жидкости в низу колонны не достигнет заданного состава остатка х.

При более точных расчетах, учитывающих изменение массы флегмы и паров по высоте отгонной части колонны, необходимо использовать уравнение теплового баланса для всей отгонной части колонны, расположенной ниже расчетного сечения. Это дает возможность более точно определить массу паров в данном сечении. Так, для сечения под верхней отгонной тарелкой уравнение теплового баланса имеет вид

Из этого уравнения определяют величину потока паров G, ,, а затем по уравнению рабочей линии - более точно состав паров Уд, ,, а по изобарным температурным кривым - температуру этих паров. Все указанные величины определяются после соответствующих многократных пересчетов.

ГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА

ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК

НА ЭНТАЛЬПИЙНОЙ ДИАГРАММЕ

Число теоретических тарелок в ректификационной колонне может быть определено графически при помощи энтальпийной диаграммы. При этом учитываются тепловые свойства участвующих в ректификации компонентов и, следовательно, изменения масс флегмы и паров по высоте ректификационной колонны.

Поскольку при расчете по энтальпийной диаграмме надо знать положение соответствующих конод, определяющих равновесные концентрации флегмы и паров, то для фиксации их положения используют совместно энтальпийную диаграмму и изобарные температурные кривые (рис. rV-18).

Исходя из выбранного режима процесса ректификации, наносим на энтальпийную диаграмму полюсы Р и Р. Построение числа теоретических тарелок в концентрационной части колонны проведем начиная с точки Р.

Абсцисса Ур определяет положение точки 1 на энтальпийной диаграмме (отвечает энтальпии паров ректификата Н,) и точки 2 на кривой конденсации (определяет температуру паров ректификата tp). Концентрация жидкости Хр, стекающей из парциального конденсатора и находящейся в равновесии с парами ректификата, определится абсциссой точки 3, находящейся на пересечении ординаты tp с кривой испарения. Линия 2-3 отвечает коноде при температуре tp. Точке 3 на энтальпийной диаграмме соот-