Расчет конденсационно-отпарных колон

Конденсационно-отпарные колоны.

Конденсационно-отпарные колоны используются при необходимости разделения смесей веществ с близкими физико-химическими свойствами.

Аппарат состоит из верхней – конденсационной части рис 6.9. поз.1 и нижней – отпарной части поз.2 рис. 6.9. В межтрубное пространство подается хладагент. Газ, подлежащий конденсации, подается в пространство между конденсационной и отпарной частями колоны. В конденсационной части колоны создается создается температура, обеспечивающая практически полную степень конденсации целевых продуктов. Остаточный газ не содержит высококипящие компоненты. Иногда конденсационная часть выполняется в виде насадочной или тарельчатой колоны. В верхней части которой расположен змеевик или трубчатка, охлаждаемые хладагентом. Конденсат стекает в отпарную часть содержащую значительное количество легкокипящих продуктов. Удаление их из конденсата основное назначение отпарной части колоны. Конденсат нагревается в кубе колоны с помощью змеевика или выносного трубчатного нагревателя. При этом испаряются легкокипящие компоненты и части целевых веществ. Для улавливания целевых продуктов отпарная часть колоны снабжается тарелками поз. 3 или насадкой на которой проходят процессы характерные для ректификации. Из отпарной части пары вместе со свежим газом конденсируются в конденсационную часть, где окончательно извлекаются все высококипящие вещества. Конденсат и газ получаются в заданных составах без потерь и достигается это за счет рециркуляции части конденсата внутри колоны. Это приводит к дополнительным затратам холода и тепла. Это основной недостаток конденсационно-отпарных колон.

 

В задачу расчета входит составление полного материального баланса, определение состава конденсата, состава остаточного газа и потоков пара и жидкости внутри колоны. По этим данным можно определить размер аппарата используя известные способы.

Конденсационная часть, если она выполнена в виде трубчатки рассчитываются аналогично противочной конденсационной колоне n_к=∞ – количество горелок и используется отношение . Для расчета отпарной части используется степень отпарки. Это количество данного компонента перешедшего в пар к общему его количеству в стекающей вниз жидкости. Для компонентов 1 и 2 и константе равновесия компонентов при средней температуре отпарки выполняется следующее соотношение:

При n_к=∞, т.е. когда трубчатка и условиях равновесия. В реальных аппаратах n_отпар<∞, поэтому для расчета отпарной части используют понятие – фактор извлечения и фактор отпарки

где L – общее количество жидкости в конденсационной части колоны

V_К – общее количество пара в конденсационной части колоны

k’ – константа фазового равновесия.

L’ – общее количество жидкости в отпарной части колоны.

V’ – общее количество пара в отпарной колоне.

k’ – константа фазового равновесия при средней температуре отпарки.

Пусть система имеет более 3-х компонентов. Из имеющегося количества выбираются ключевые: легкий ключевой компонент (ключевой компонент при отпарке), наиболее летучий из компонентов остатка и тяжелый ключевой компонент или ключевой по извлечению – это наименее летучий из компонентов дистиллята.

По этим компонентам задаются степенями извлечения и степенями отпарки. Для остальных компонентов рассчитываются или из пропорции, если у нас трубчатка или диаграмм Крямсора-Браумера рис.6.11 раздат материала. По заданным значениям S_i и S₀ ключевых компонентов при заданных числах тарелок для конденсационной и отпарной части колоны находят с помощью диаграмм факторы извлечения и отпарки. Затем вычисляют по уравнению величины и находят факторы извлечения и отпарки. Подставляя в выражение для А и S константы фазового равновесия ключевых компонентов используя в уравнениях найденныме значения для факторов извлечения и отпарки и соответствующие константы фазового равновесия находят А и S для всех других компонентов и затем по ним с помощью диаграммы Крэмсона-Браумана определяют скорости извлечения и отпарки для всех основных компонентов.

Расчет конденсационно-отпарных узлов включает следующие этапы:

 

1 Этап. Исходя из технологических требований выбирают ключевые компоненты по извлечению и отпарки, а именно легкий ключевой компонент и тяжелый, и выбирают для него значение степени извлечения и отпарки.

2 Этап. Задаются температурой отходящих сверху газа и подсчитаювают среднюю температуру конденсационной части по следующей формуле

где t_в – температура верха

t_п – температура питания

3 Этап. Исходя из предполагаемого состава конденсата задаются температурой куба колоны, а затем подсчитывают среднюю температуру отпарной части по следующий формуле.

4 Этап. Находят в справочной литературе константы фазового равновесия для всех компонентов.

5 Этап. Задаются числом тарелок в конденсационной части колоны, если конденсационная часть трубчатка, то число тарелок можно принять равным бесконечности n=∞, тогда исходя из степени извлечения ключевого компонента определяют степени извлечения для остальных компонентов.. Исходя из этой формулы

6 Этап. Задаются числом тарелок в отпарной части колоны исходя из приянтой степени отпарки ключевого компонента определют степени отпарки для всех остальных компонентов. Если секция отпарки выполнена в виде трубчатки, то для расчета используется следующее соотношение. . Но если выполнен с определенной… . При определенном числе тарелок для для опрделения степени отпарки всех компонентов используют диаграмму Крэпсона-Браумера.

7 Этап. Определют произведение степени извлечения на степень отпарки для всех компонентов и рассчитывают отношение

8 Этап. Определяют для каждого компонента количество суммарного газа V_сум, которое складывается из свежего питания и газа отпариваемого в отпарной части колондля каждого компонента количество суммарного газа V_сум, которое складывается из свежего питания и газа отпариваемого в отпарной части колоны.

Расчет ведут по следующей формуле.

где а_r – количество компонента в газе поступающего на кондесацию.

9 Этап. Находят извлекаемое количество компонента, т.е. количество стекаеющей суммарной жидкости

10 Этап. Определяют количество остаточного газа выходящего с верха колоны для каждого компонента. Это количество определяют из уравнения материального баланса

11 Этап. Определяют количество компонентов отпариваемых и стекающей жидкости

12 Этап. Определяют количество жидкости отводимой из аппарата .

13 Этап. Определяют температуру отходящего газа и конденсата на основе вычисленных составов и констант фазового равновесия. Полученные значения сравнивают с принятыми в начале расчета.

14 Этап. Проверяют соответствие значений в конденсационной части колоны и в отпарной части с вычисленными ранее и используемыми при расчетах. Если окажется, что температура и соотношение потоков газа и жидкости принятых при расчетах значительно отличаются от рассчитанных, в пунктах 13 и 14, то надо повторить расчет изменяя в первом случае темперутуры, а во-втором случае число тарелок. Иногда приходится менять и то, и другое.

 

 

return false">ссылка скрыта