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.
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.
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
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.
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.
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.