Порядок расчетов

Решение приведенных выше уравнений математической модели ректификационной колонны проводят в следующей последовательности:

1. Задаются данные, необходимые для расчета колонны:

– количество тарелок (N);

– характеристики потоков питания: массовый расход (F_mi), температура (T_Fi), состав (х_{F i});

– массовый расход дистиллята (D), кубового продукта (W), потоков отбора жидкости (U_i) и флегмы(L_{N +1}); для начального пересчета массовых расходов в мольные задаются ориентировочные значения средних молярных масс жидкости и пара в дефлегматоре, кубе и на тарелках отгона;

– температуры потока жидкости, поступающей из дефлегматора (T_d) и потока греющего пара из куба (T_k);

– давление в колонне (P).

2. Начальные приближения:

– начальный профиль температур – линейный;

– начальное приближение L_i и G_i рассчитывается из общего материального баланса и предположения, что ректификация эквимолярна.

3. Расчётная (итерационная) часть:

– расчёт профиля концентраций (x_i, y_i) из покомпонентного материального баланса;

– расчёт температур на тарелках (T_i) и K_i из предположения, что жидкость на тарелке находится при температуре кипения:

.

(4.23)

Константа фазового равновесия находится по уравнению Антуана [10, 11, 13]

;	(4.24)
,	(4.25)

где А_j, B_j, C_j – коэффициенты уравнения Антуана (табл. 3, Приложение Ж);

Т – температура процесса, К;

Р_j – давление j- го компонента в системе (мм. рт. ст);

P – общее давление в системе (мм. рт. ст).

– расчет расходов жидкости и пара G_i и L_i из теплового и общего материального балансов.

Пересчет концентраций, температур и расходов продолжается до тех пор, пока не будет найдено решение с требуемой степенью точности.

Варианты заданий и исходные данные для расчета процесса ректификации

Таблица 4.7

Исходные технологические данные
для расчета ректификационной колонны

	Количество тарелок
	расход газообразного дистиллята, кг/ч
	расход жидкого дистиллята, кг/ч
	расход флегмы, кг/ч
	расход пара из куба, кг/ч
	расход жидкого кубового продукта, кг/ч
1,47	давление в колонне, МПа
22,0	температура в дефлегматоре, °С (первое приближение)
	температура в кубе, °С (первое приближение)
	средняя молярная масса пара в дефлегматоре, г/моль (первое приближение)
	средняя молярная масса пара в кубе, г/моль (первое приближение)
	средняя молярная масса жидкости в дефлегматоре, г/моль (первое приближение)
	средняя молярная масса жидкости в кубе, г/моль (первое приближение)
Питание жидкостью
	количество питающих тарелок
	номера питающих тарелок
	расходы питания, кг/ч
	температуры входных потоков, °C
	Составы входных потоков, мольные проценты
	0,25	CН4
	0,61	C2H6
	4,21	C3H8
	3,73	и-C4
	7,86	н-C4
	6,52	и-С5
	7,63	н-С5
	69,19	С6+

Таблица 4.8

Состав потока питания ректификационной колонны К₂

Наименование компонента	Содержание, мольн. %
I	II	III	IV
CH4	0,25	0,1	0,67	12,02
C2H6	0,61	0,36	3,84	5,45
C3H8	4,21	2,93	20,92	18,82
i-C4H10	3,73	3,22	8,89	7,67
n-C4H10	7,86	6,76	13,16	11,23
i-C5H12	6,52	6,22	8,07	7,00
n-C5H12	7,63	7,16	9,10	7,49
C6+	69,19	73,25	35,35	30,32
ИТОГО:	100,00	100,00	100,00	100,00
С1-С4	16,66	13,27	47,48	55,19

Таблица 4.9

Технологические данные для исследования процесса ректификации

Вариант задания	Технологический параметр	Значения параметра
I	Расход жидкого дистиллята, кг/ч
	Расход жидкого кубового продукта, кг/ч
II	Расход флегмы, кг/ч
III	Номер питающей тарелки
IV	Температура питания, оС
V	Температура в кубе, оС

Таблица 4.10

Пример результатов расчетов

Материальный баланс
Поток	G, кг/ч	N, моль/ч	M, г/моль
Питание жидкостью
Тарелка №°20			88,18
Приход (всего):			–
Отбор жидкости
Дефлегматор			63,14
Куб			99,98
Отбор (всего):			–
Разбаланс:			–
Нагрузка на дефлегматор: 2,817 МВт
Нагрузка на куб: 3,676 МВт
Давление в колонне: 1,45 МПа

Таблица 4.11

Характеристики потоков

Тарелка	Т, оС	Концентрация компонентов в жидкой фазе (Х), % масс.
СН4	С2Н6	С3Н8	и-С4	н-С4	и-С5	н-С5	С6+
	80,89	0,20	0,90	9,15	10,69	22,53	23,12	27,06	6,34
	117,73	0,01	0,13	3,29	6,88	16,90	28,00	32,77	12,03
	133,13	0,00	0,03	1,27	4,09	11,34	29,00	33,94	20,33
	144,08	0,00	0,02	0,66	2,46	7,32	26,74	31,29	31,51
	154,19	0,00	0,02	0,46	1,59	4,79	22,20	25,97	44,98
	164,69	0,00	0,01	0,39	1,15	3,33	16,79	19,65	58,69
	172,42	0,00	0,03	0,58	1,28	3,26	10,22	11,96	72,68
	183,44	0,00	0,00	0,19	0,71	2,02	9,58	11,21	76,29
	191,27	0,00	0,00	0,06	0,37	1,18	8,52	9,97	79,89
	197,58	0,00	0,00	0,02	0,19	0,66	7,27	8,51	83,35
	202,95	0,00	0,00	0,01	0,09	0,36	5,99	7,01	86,54
	207,67	0,00	0,00	0,00	0,04	0,19	4,79	5,61	89,36
	211,73	0,00	0,00	0,00	0,02	0,10	3,74	4,37	91,77
	215,14	0,00	0,00	0,00	0,01	0,05	2,85	3,34	93,76
	217,96	0,00	0,00	0,00	0,00	0,02	2,14	2,50	95,33
	220,15	0,00	0,00	0,00	0,00	0,01	1,58	1,85	96,56
	221,95	0,00	0,00	0,00	0,00	0,01	1,16	1,35	97,49
	223,19	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,84	0,98	98,18
	224,22	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,60	0,70	98,69
	224,90	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,43	0,50	99,07
	225,48	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,31	0,36	99,34
	225,87	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,22	0,25	99,53
	226,11	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,15	0,18	99,67
	226,29	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,10	0,12	99,77
	226,46	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,07	0,08	99,85
	226,58	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,05	0,06	99,90
	226,65	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,02	0,03	99,95

Тарелка	Т, о С	Концентрация компонента в паровой фазе (Y), % масс.
СН4	С2Н6	С3Н8	и-С4	н-С4	и-С5	н-С5	С6+
	80,89	8,04	8,55	27,56	14,05	22,66	8,65	10,12	0,37
	117,73	0,20	0,90	9,15	10,69	22,53	23,12	27,06	6,34
	133,13	0,06	0,34	4,88	7,92	18,43	26,67	31,21	10,48
	144,08	0,06	0,27	3,43	5,90	14,41	27,39	32,05	16,49
	154,19	0,06	0,27	3,03	4,76	11,58	25,73	30,11	24,47
	164,69	0,06	0,27	2,95	4,20	9,87	22,46	26,29	33,91
	172,42	0,06	0,27	2,92	3,91	8,88	18,62	21,79	43,55
	183,44	0,00	0,05	1,04	2,30	5,86	18,37	21,49	50,89
	191,27	0,00	0,01	0,34	1,26	3,59	17,02	19,92	57,85
	197,58	0,00	0,00	0,11	0,65	2,09	15,05	17,61	64,49
	202,95	0,00	0,00	0,03	0,33	1,17	12,78	14,96	70,73
	207,67	0,00	0,00	0,01	0,16	0,63	10,50	12,29	76,42
	211,73	0,00	0,00	0,00	0,07	0,33	8,37	9,80	81,43

Окончание табл. 4.11