Диссертация (Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ), страница 14
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ". PDF-файл из архива "Особенности ректификационного разделения многокомпонентных многофазных смесей органических веществ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 14 страницы из PDF
Подставим полученное выражение в урав-нение материального баланса по н-гептану:1′цг′′′′∙ Гп= 1 ∙ Гп1 + ′ ∙ Гп+ ′′ ∙ ГпИзвестно, что концентрация н-гептана в D2 равна нулю. Тогда уравнениепримет вид:971′цг′′′′∙ Гп= ′ ∙ Гп+ ′′ ∙ ГпВ свою очередь, количество равновесного слоя, согласно уравнению общего материального баланса контура, равно: ′ = ′ − 1 − ′′ . В таком случае по-лучаем:1′цг′∙ Гп=(1′цг′′′− 1 − ′′ ) ∙ Гп+ ′′ ∙ ГпРаскрывая скобки и приводя все к общему знаменателю, получаем:′=цг′′′′′′ ∙ �Гп− Гп� − 2 ∙ Гп2′′∙ цг+ ГпИзвестными величинами являются: количество дистиллатного потока D1(на основании данных о составе исходной смеси); концентрация н-гептана′′′, Гпв равновесных слоях (на основании данных о растворимости смеси нГпгептан – фурфурол). Неизвестным является количество равновесного слоя ′′ и,соответственно, соотношение Гс /ЦГ , которое необходимо найти.II контур: колонна (K2)Общий материальный баланс: ′′ = 2 + 2Покомпонентный материальный баланс:′′ ′′ ∙ Гп= 2 ∙ Гп3 + 2 ∙ Гп3- по н-гептану:′′= 2 ∙ цг3 + 2 ∙ цг3 ′′ ∙ цг- по циклогексану:′′ ′′ ∙ в = 2 ∙ в 3 + 2 ∙ в 3- по фурфуролу:Контур II отвечает условию выделения всего н-гептана в качестве кубового продукта колонны K2.
Задав концентрацию Гп2 = 0,9502 (состав бинарногоазеотропа н-гептан – фурфурол), можно однозначно определить составы и ко-личества всех потоков.′′ ′′ ∙ Гп= ( ′′ − 2 ) ∙ Гп3 + 2 ∙ Гп3′′ = 2 ∙(1 − Гп3 )′′(Гп− Гп3 )′Подставляя это выражение в уравнение с Гпполучаем:98′Гп =′′′′′′2 ∙ (1 − Гп2 ) ∙ �Гп− Гп∙ (Гп− Гп2 )� − 1 ∙ Гп1′′∙ цг+ ГпДанное выражение отвечает уравнению прямой () = ∙ + В дальнейшем, подставив известные значения можно получить балансовыесоотношения концентраций компонентов Гс /ЦГ , найти соответствующие от-ношения концентрации компонентов в равновесных слоях (табл.
П2.11, П2.12)и однозначно решить задачу расчета материального баланса.Итоговые табл. расчета материального баланса для смесей эквимолярногосостава представлены в табл. 3.14, 3.15.Таблица 3.14.Материальный баланс системы разделения смеси н-гептан – циклогексан –фурфурол – вода эквимолярного составаНаим. Количествопотокапотока,кмоль/чF0D1W1′ ′′∗′D2W2′′D3W3′′′D4W410035,76564,23525,01410,751118,0451,32326,32325,033,8178,83124,98632,97,925,0F0∗D1W1′D2W2100158,70133,7025,0095,8825,0470,84Количество компонента,кмоль/чГпЦГФВСхема 3.4а25,025,025,025,0025,0010,76525,000025,0 14,235025,000,01400010,75151,537027,384 39,12050,00701,304 0,01225,00701,304 0,01225,0000000,00300,527 33,2870,00300,527 8,30100024,9861,526025,553 5,8211,52600,553 5,8210025,00Схема 3.4д25,025,025,025,066,65 25,04 32,96 34,0566,65 25,04 7,96 34,050025,0066,51 25,00 4,320,04025,000,0466,5104,320Состав, мол.д.ГпЦГФВ0.2500000.46830.97210.9510000.06660.309300.250.699000.9994000000000000.2500.3892000.22550.02710.048500.01540.0600.79970.0710.250.30100.221600610.306200901500.98460.9410.13370.620700.250,42000,498500,693700,93900.250,15780,187300,26070,998300.250,20770,059510,045100,06100.250,21460,254700,00050,0017099Окончание таблицы 3.14.Наим.
Количествопотокапотока.кмоль/ч′ ′′D3W3′′′′′D4W42,3668,4843,4825,04,0133,828,8624,96F0∗′D1W1′ ′′D2W2′′D3W3′′′D4W4100162,6395,8825,0470,842,3668,4843,4825,033,828,8624,9632,937,9325,0Количество компонента,кмоль/чГпЦГФВСхема 3.4д0,2102,15066,3102,17041,3102,17025,00000,130,043,110,73000,53 33,28000,538,3300024,96Схема 3.4в25,025,025,025,067,62 25,31 30,41 39,3066,52 25,04,320,04025,000,0466,5204,3200,2102,15066,3102,17041,3102,17025,0000000,53 33,28000,538,3300024,961,100,31 25,56 5,971,100,310,565,970025,00Состав, мол.д.ГпЦГФВ0,08810,96830,950010,03330,00010,0003000000,00950000,91190,03170,050000,77600,01560,0597000000,18120,98430,940010.250,41580,693700,93900,08810,96830,950010,00010,000300,03330,138400.250,15560,26070,9983000000000,00950,039300.250,18700,045100,06100,91190,03170,050000,01560,059700,77600,070010.250,24160,00050,0017000000,98430,940010,18120,75230Таблица 3.15.Материальный баланс системы разделения смеси н-октан – циклогексан –фурфурол – вода эквимолярного составаНаим.потокаКоличествопотока,кмоль/чF0D1W1′ ′′∗′D210035.7764.2325.0110.7596.1829.244.24Количество компонента,кмоль/чОЦГФВОСхема 3.4а252525250.25025010.7702502514.23 0.389202500.01000010.75028.95027.08 40.15 0.30128.2200.99 0.03 0.96523.2200.99 0.030.76Состав, мол.д.ЦГФВ0.250.69900.999400000.2500.3892000.28160.03374.18320.250.3010.221600610.41740110.1356100Окончанием таблицы 3.15.Наим.
Количествопотокапотока,кмоль/чW225′′34.1D39.11W324.99′′′32.84D47.84W425F0∗D1W1′D2W2′ ′′D3W3′′′′′D4W4100123,32198,3212557,37425,08132,2922,25430,0395,039256,98333,9659,04724,919F0∗′D1W1′ ′′D2W2′′D3W3′′′D4W4100124.2157.232532.232.3729.864.862534.069.062532.927.9225Количество компонента,кмоль/чОЦГФВ25000000.5533.55000.558.5600024.990.73025.556.570.7300.556.5700250Схема 3.4д2525252528,938 25,107 34,397 34,87928,938 25,107 9,397 34,8790025028,849 25,007 3,435 0,08102500,08128,849 0,007 3,43500,072 0,007 2,174028,77701,26203,77701,2620250000,089 0,099 5,420 1,375000,542 33,423000,542 8,50500024,919Схема 3.4в2525252529.13 25.47 29.53 40.0728.72253.430.080250028.7203.430.080.0702.220.0728.6501.210.013.6501.210.0125000000.5433.51000.548.51000250.420.4725.556.480.420.470.556.4800250Состав, мол.д.О10000.02220.09290ЦГ0000000ФВ000.016 0.9840.060.94010.7779 0.19990.07 0.8371100.250,23470,294300,502800,89340,03200,95800,749610,01270000.250,20360,255400,43590,99680,000200000,01420000.250,27890,095610,059900,10640,96800,04200,250400,77620,01590,059900.250,28280,354700,00140,0032000000,19690,98400,940110.250.23460.501800.8910.03040.95930.7510000.01270.052600.250.20510.43681000000000.01420.059100.250.23770.060000.10650.93910.04040.248400.01590.0600.77620.0710.250.322601400250.030500301600.9840.9410.19690.81820101Результаты расчетов материальных балансов схем разделения смесей других составов представлены в приложении (табл.
П3.2-П3.3).В табл. 3.16 и 3.17 представлены итоговые статические параметры работыколонн и приведены суммарные энергозатраты на разделение смесей н-гептан(н-октан) – циклогексан – фурфурол – вода разного состава состава. Ректификационные колонны работают при давлении 101,3 кПа, флорентийские сосуды– при температуре 20 °С.Таблица 3.16.Влияние состава исходной смеси на параметры работы колонн и энергозатратысхем разделения смеси н-гептан – циклогексан – фурфурол – вода№ схе№ коПараметры работы колонны Qреб., ∑Q,мылонны Nт.т. Nпит.МВтМВтRD/W(рис. 3.3)Исходная смесь: Гп = 0.25; цг = 0.25; ф = 0.25; в = 0.253.4а160254.85 0.557 1.934 4.511240166.551.282.1731610.370.16341210.269 0.2443.4д11615.340.925 5.727260255.56 0.3321.91340165.351.672.6541610.351 0.2423.4в160255.43 0.316 1.893 5.161240165.282.02.86431610.372 0.16341610.261 0.241Исходная смесь: Гп = 0.03; цг = 0.04; ф = 0.03; в = 0.903.4а140194.00.059 0.280 1.42621111.270.29831310.351 0.81741110.270.0313.4б12610.890,992 1.154240200,80.459 0,09931611.740,03341410.311 0,0303.4в140201.00.460.072 0.93421411.740.03331410.355 0.79941410.312 0.030102Окончание таблицы 3.16№ схемы№ коПараметры работы колонныQреб.,∑Q,(рис.
3.3)лонныМВтМВтNт.т. Nпит.RD/WИсходная смесь: Гп = 0.50; цг = 0.30; ф = 0.10; в = 0.103.4г160412,750.2111.3199.771260216,310.221.897340166,01.746.48941410.110.0663.4д114119.41.0569.7912602160.2112.1463401661.796.50441410.3510.0853.4в1602160.2152.1488.682401661.746.34331410.3510.08541410.3120.104Таблица 3.17.Влияние состава исходной смеси на параметры работы колонн и энергозатратысхем разделения смеси н-октан – циклогексан – фурфурол – вода№ схемы№ коПараметры работы колонныQреб.,∑Q,(рис. 3.3)лонныМВтМВтNт.т.
Nпит.RD/WИсходная смесь: О = 0.25; цг = 0.25; ф = 0.25; в = 0.253.4а132141.920.5770.9821.70821110.1550.26831310.5750.19741110.3180.2613.4д1413.290.7621.928232231.50.6660.5713910.4150.38041510.5250.2153.4в132201.460.7770.5591.32721110.1960.28731410.5520.22241110.320.259Исходная смесь: О = 0.03; цг = 0.04; ф = 0.03; в = 0.903.4а132140.8250.060.2801.16821110.1690.03231310.3650.82541110.3120.0313.4б11510.8650.9641.213242243.00.9930.17931510.2140.03841410.3110.032103Окончание таблицы 3.17№ схемы(рис. 3.3)3.4в№ коПараметры работы колонныQреб.,∑Q,лонныМВтМВтNт.т. Nпит.RD/W142252.01.00.0610.89021010.2120.06331310.3650.73341010.3110.033Исходная смесь: О = 0.55; цг = 0.25; ф = 0.10; в = 0.103.4г132141.170.4210.8702.588232143.430.3250.99331410.2120.64441410.040.0813.4е11412.191.2672.440240201.50.3650.96931410.3650.08741410.3150.1173.4в140201.50.3650.8191.81721010.2120.65131410.3650.24841010.3110.099На основании табл.
3.16 – 3.17 видно, что использование предварительногорасслаивания на первой стадии при разделении смесей н-гептан (н-октан) –циклогексан - фурфурол – вода является более энергоэффективным.Определенные трудности (высокие значения эффективностей колонн: 60 и40 теоретических тарелок) при разделении гексановой и гептановой систем связаны с близкими летучестями н-гексана (н-гептана) и циклогексана (рис.
3.6) вокрестности точки чистого н-алкана.(а)(б)Рис. 3.6. Диаграммы парожидкостного равновесия бинарных составляющих: а) н-гексан –циклогексан, б) н-гептан – циклогексан104В дополнение к этому, бинарная составляющая н-гептан - фурфурол характеризуется наличием азеотропа и летучестью, близкой к единице в области выделения н-гептана (рис.
