Построение зависимости давления насыщенных паров от температуры. Построение изобары. Энтальпийная диаграмма. X - Y диаграмма

Кафедра нефтехимии и химической технологии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

« РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ

РАЗДЕЛЕНИЯ БИНАРНОЙ СМЕСИ БЕНЗОЛ – ТОЛУОЛ»

 

Выполнила: Гареев М.

Проверил: Чуракова С.К.

 

 

УФА – 2009 г.

Содержание

1. Введение

2. Цель. Исходные данные для расчета

3. Расчетная часть

3.1. Построение зависимости давления насыщенных паров от температуры.

Построение изобары. Энтальпийная диаграмма. X-Y диаграмма

3.2. Расчет однократного испарения бинарной смеси

3.3. Расчет материального баланса ректификационной колонны

3.4. Расчет теплового баланса ректификационной колонны

3.5. Расчет режима полного орошения

3.6. Расчет числа теоретических тарелок на комбинированной и X-Y диаграмме

3.7. Расчет профиля концентраций и нагрузок по высоте колонны

3.8. Расчет фактического числа тарелок

3.9. Расчет диаметра колонны

3.10. Расчет высоты ректификационной колонны

3.11. Расчет конденсатора – холодильника

3.12. Расчет кипятильника

3.13. Расчет диаметров штуцеров

3.14. Графическая схема колонны

4. Заключение

5. Список использованной литературы

Введение

При проведении процессов ОИ и ОК получают пар, более богатый НКК, а жидкость более богатую ВКК, чем исходная система. Однако достаточно хорошая степень разделения таким образом не достигается.

Для получения продуктов с любой желаемой концентрацией компонентов и с высокими выходами служит процесс ректификации, заключающийся в многократно повторяющемся контактировании неравновесных паровой и жидкой фаз.

Образованные в результате контакта паровая и жидкая фазы будут отличаться по составу от вступивших в контакт встречных неравновесных потоков паровой и жидкой фаз. В итоге такого контакта пар обогатится низкокипящим компонентом, а жидкость – высококипящим. Если исходные пары и жидкость находились при одинаковом давлении, то для обеспечения этих условий требуется, чтобы температура вступающей в контакт жидкости была ниже температуры паров. После контактирования температуры пара и жидкости выравниваются, так как система стремится к состоянию равновесия.

Производя многократное контактирование неравновесных потоков паровой и жидкой фаз, направляя после каждой ступени пары на смешение с жидкостью, а жидкость на контакт с парами, более бедными НКК, можно изменить составы фаз желаемым образом.

Подобное контактирование фаз по схеме противотока в целом по аппарату осуществляется в специальных аппаратах – ректификационных колоннах, заполненных различными контактными устройствами: тарелками, насадками ит.д.

Таким образом, процесс ректификации есть диффузионный процесс разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения, осуществляемый путем противоточного контактирования неравновесных паров и жидкости.

Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров – диаметра и высоты. Оба параметра определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит от скоростей и физических свойств взаимодействующих фаз, а также от типа контактного устройства.

 

Цель. Исходные данные для расчета

Цель. Рассчитать основные показатели работы и размеры ректификационной колонны для разделения бинарной смеси бензол-толуол.

Исходные данные. Расчет основных показателей работы и размеров ректификационной колонны производим по следующим исходным данным:

― давление в середине колонны π =1,35 ата;

― мольная доля бензола в сырье x'_F =0,48;

― мольная доля отгона е'=0,58;

― мольная доля бензола в дистилляте y'_D=0,977;

― мольная доля бензола в остатке x'_W=0,025;

― коэффициент избытка теплоподвода n'=1,23;

― производительность колонны F=18,5 т/ч.

 

Расчетная часть

Построение зависимости давления насыщенных паров от температуры. Построение изобары. Энтальпийная диаграмма. X - Y диаграмма

Зависимость между температурой t и давлением насыщенных паров компонента Р_i, описывается эмпирическим уравнением Антуана:

 

         (1)

                (1*)

 

где А_i, В_i, С_i – эмпирические величины, постоянные для каждого компонента.

 

Компонент	Ai	Bi	Ci	r420	М, г/моль
бензол	4,03129	1214,65	221,205	0,8790	78
толуол	4,07427	1245,09	219,516	0,8669	92

 

Для определения температур кипения бензола (низкокипящего компонента) t_{кип Б} и толуола (высококипящего компонента) t_{кип Т}, т.е. крайних точек изобарных температурных кривых, при заданном рабочем давлении уравнение Антуана нам надо решить относительно температуры t. Для этого вместо давления насыщенных паров компонента Р_i в уравнение подставим давление в середине колонны π, т.е.

 

                     (2)

 

Температура кипения бензола

 

 

Температура кипения толуола

 

 

Таким образом, в данной бинарной системе низкокипящим компонентом является бензол, высококипящим – толуол.

Далее в пределах рассчитанных температур кипения компонентов зададимся пятью температурами. Температуры будут меняться со следующим шагом:

 

t₁ = 90,167 °С;

t₂ = 96,441 °С;

t₃ = 102,715 °С;

t₄ = 108,989 °С;

t₅ = 115,263 °С;

t₆ = 121,537 °С.

 

Давления насыщенных паров компонентов Р_Б и Р_Т найдем по уравнению (1):

При температуре t₁ = 90,167 °C

 

,

При температуре t₂ = 96,441 °C

 

,

 

При температуре t₃ = 102,715 °С

 

,

 

При температуре t₄ = 108,989 °С

 

,

 

При температуре t₅ = 115,263 °С

 

,

 

При температуре t₆ = 121,537 °С

 

,

 

Полученные результаты приведены в таблице 2.

По полученным данным строим график зависимости давления насыщенных компонентов от температуры.

Определим мольные доли бензола в кипящей жидкой фазе

 

в равновесной паровой фазе

 

 

При температуре t₁ = 90,167 °С

 

,

 

При температуре t₂ = 96,441 °С

 

,

 

При температуре t₃ = 102,715 °С

 

,

 

При температуре t₄ = 108,989 °С

 

,

 

При температуре t₅ = 115,263 °С

 

,

 

При температуре t₆ = 121,537 °С

,

 

По полученным данным строим изобару и X-Y диаграмму.

Полученные результаты приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Результаты расчета равновесных концентраций

t, °С	РБ, ата	РТ, ата	х'	у'
90,167	1,35	0,538	1	1
96,441	1,612	0,656	0,7258	0,8667
102,715	1,912	0,794	0,4973	0,7042
108,989	2,253	0,954	0,3048	0,5085
115,263	2,538	1,139	0,1419	0,2753
121,537	3,072	1,35	0	0

 

Рисунок 1 – Зависимость давления насыщенных паров от температуры

 

Рисунок 2 – X'-Y' диаграмма

 

Рисунок 3 - Изобара