Расчёт комплекса из двух ректификационных колонн

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: Х^F_{метилформиата}= 0,4 мол.д.;

Х^F_{метилацетат}= 0,3 мол.д.;

Х^F_{пропилформиат}= 0,3 мол.д.

Требуемая чистота разделения: Х_{продукта}=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, Q_кип, 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; N_{питания} = 10 тарелка;

2 колонна: H = 20 тарелок; N_{питания} = 10 тарелка;

Тип разделения: первое заданное.