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: ХFметилформиата= 0,4 мол.д.;
ХFметилацетат= 0,3 мол.д.;
ХFпропилформиат= 0,3 мол.д.
Требуемая чистота разделения: Хпродукта=0,99 м.д.
Таблица 1. Коэффициенты уравнения Антуана и температуры кипения чистых веществ.
| Вещество | Ткип,ºС | Ткип, К | А | В | С |
| Метилформиат | 31,58 | 304,73 | 16,5104 | 2590,87 | -42,60 |
| Метилацетат | 56,47 | 329,62 | 16,1295 | 2601,92 | -56,15 |
| Пропилформиат | 81,37 | 354,52 | 15,7671 | 2593,95 | -69,69 |
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.
| R | Qкип,МВт | Nобщ | Nпитания |
| 1,5 | 1,1978 | 25 | 12 |
| 1,5 | 1,1827 | 20 | 10 |
| 1,6 | 1,2391 | 20 | 10 |
| 2 | 1,4364 | 19 | 10 |
| 3 | 1,9050 | 15 | 7 |
| 5 | 2,866 | 14 | 7 |
| 10 | 5,04 | 10 | 5 |
| 25 | 7,06 | 7 | 3 |
На основании табл.2 построены графики зависимости величины тепловой нагрузки на кипятильник и величины флегмового числа от количества теоретических тарелок,
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
| R | Qкип, ГДж/час | Nобщ | Nпитания |
| 1,5 | 1,0693 | 40 | 20 |
| 2 | 1,1514 | 25 | 12 |
| 2,5 | 1,3328 | 20 | 10 |
| 3 | 1,4708 | 17 | 8 |
| 3,5 | 5,0589 | 12 | 6 |
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. 4. Зависимость величины тепловой нагрузки на кипятильник, Qкип,МВт, от общего количества теоретических тарелок во второй колонне при первом заданном разделении
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.
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.
| R | Qкип,ГДж/час | Nобщ | Nпитания |
| 0,5 | 1,4881 | 35 | 17 |
| 1 | 1,4820 | 30 | 15 |
| 1,5 | 1,5471 | 25 | 12 |
| 2,0 | 1,7212 | 20 | 10 |
| 2,5 | 2,5534 | 15 | 7 |
| 6,5 | 18,04 | 12 | 6 |
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.
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.
| R | Qкип,ГДж/час | Nобщ | Nпитания |
| 1,1 | 1,0223 | 30 | 15 |
| 1,4 | 1,1575 | 25 | 12 |
| 1,5 | 1,2103 | 20 | 10 |
| 2,0 | 1,4258 | 15 | 8 |
| 3,0 | 1,8943 | 13 | 7 |
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.
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.
Выводы:
В табл.6. сведены итоги расчёта схемы разделения трёхкомпонентной смеси метилформиат-метилацетат-пропилформиат по первому и второму заданному разделению.
Таблица 6. Итоги расчёта.
| Схема разделения | Колонна | R | Qкип, МВт | Суммарная Qкип в двух колоннах, МВт |
| 1ое заданное | 1 | 1,5 | 1,1827 | 2,5155 |
| 1ое заданное | 2 | 2,5 | 1,3328 | |
| 2ое заданное | 1 | 1,75 | 1,6167 | 2,7742 |
| 2ое заданное | 2 | 1,4 | 1,1575 |
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; Nпитания = 10 тарелка;
2 колонна: H = 20 тарелок; Nпитания = 10 тарелка;
Тип разделения: первое заданное.