|
Читайте также: |
При разделении смесей, компоненты которых сильно различаются по температурам кипения (так называемые ширококипящие смеси), отпадает необходимость флегмирования и обеспечения многократных контактов потоков пара и жидкости. В этом случае требуемое качество продуктов разделения можно обеспечить в аппарате однократного испарения (простой дистилляции) или дросселированием.
Дросселированием называется процесс перехода жидкости в паровое состояние, либо в двухфазовое состояние (жидкое и паровое одновременно). Этот процесс осуществляется путем нагревания смеси или уменьшении давления в системе.
В технологических расчетах при разделении многокомпонентных смесей принимается, что при дросселировании таких смесей устанавливается истинное равновесие между жидкой и паровой фазами. При полном испарении количество исходной жидкой фазы будет равно количеству образующейся паровой фазы, составы исходной и образующейся фаз также будут одинаковыми.
Перевод массовых долей компонентов смеси в мольные доли осуществляется по формуле [1, с. 228]:
(1)
где 
– мольная доля i-го компонента;
– массовая доля i-го компонента;
Мi – молярная масса i-го компонента.
Давления насыщенных паров компонентов, входящих в смесь, рассчитывают по уравнению Антуана [2, с.162]:
, (2)
где 
– давление насыщенного пара i-го компонента смеси, мм рт.ст;
A, B, C – коэффициенты уравнения Антуана;
t – температура смеси, ºС.
Константы фазового равновесия компонентов смеси рассчитывают по уравнению [3, с. 38]:
, (3)
где 
– константа фазового равновесия i-го компонента смеси;
– давление насыщенного пара i-го компонента смеси, мм рт.ст;
– общее давление смеси, мм рт.ст.
При расчете процесса дросселирования необходимо проверить выбранные температуру и давление на возможность одновременного существования жидкой и паровой фазы. Для такой проверки рассчитывают два вспомогательных комплекса [3, с. 72]:
, (4)
, (5)
где 
– вспомогательные комплексы для расчета процесса неполного
испарения смеси;
– содержание i-го компонента в смеси, мол. доля;
– константа фазового равновесия i-го компонента смеси;
n – количество компонентов смеси.
Если значение 
, 
то в системе присутствует только паровая фаза. Если значение 
, А >1 то в системе присутствует только жидкая фаза. Если А >1 и , то в системе присутствует и жидкая, и паровая фаза.
Для расчета состава и количества жидкой фазы используется уравнение [3, с. 26]:
, (6)
где 
– содержание i-го компонента в жидкой фазе, мол. доля;
– содержание i-го компонента в смеси, мол. доля;
– константа фазового равновесия i-го компонента смеси;
– доля образующиеся жидкой фазы.
Количество образующейся паровой фазы рассчитывают из уравнения материального баланса процесса неполного испарения многокомпонентной смеси:
V+L = 1, (7)
где V – доля образующейся паровой фазы;
L – доля образующейся жидкой фазы.
Состав паровой фазы рассчитывают по уравнению [3, с. 38]:
, (8)
где 
– содержание i-го компонента в паровой фазе, мол. доля;
– содержание i-го компонента в жидкой фазе, мол. доля;
– константа фазового равновесия i-го компонента смеси.
Массовый расход жидкой фазы рассчитывается по уравнению:
, (9)
где 
– массовый расход исходной смеси, кг/ч;
– содержание i-го компонента в жидкой фазе, мол. доля;
– доля образующейся жидкой фазы.
Массовый расход паровой фазы рассчитывается по уравнению:
, (10)
где – массовый расход исходной смеси, кг/ч;
– содержание i-го компонента в паровой фазе, мол. доля;
– доля образующейся жидкой фазы.
1.3 Результаты расчета процесса дросселирования многокомпонентной смеси
Перевод состава исходной смеси из массовых долей в мольные доли осуществляется по формуле (1). Так, например, для 2,4 - диметилпентана:
.
Аналогично рассчитываются все компоненты. Состав исходной смеси с учетом перевода массовых долей в мольные приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Состав исходной смеси
| № | Компонент | М. м., кг/кмоль | Содержание компонента | |
| мас. доля | мол. доля | |||
| 2,4-диметилпентан | 0,25 | 0,2211 | ||
| 3-метилгексан | 0,25 | 0,2211 | ||
| бензол | 0,3 | 0,3402 | ||
| 3-метилпентан | 0,15 | 0,1543 | ||
| циклопентан | 0,05 | 0,0632 | ||
| Итого | – | 1,00 | 1,0000 |
Коэффициенты уравнения Антуана [2, с. 166-168] представлены в таблице 2. Значения коэффициентов Антуана взяты таким образом, что бы давления насыщенных паров получались в мм рт.ст.
Таблица 2 – Коэффициенты уравнения Антуана
| Компоненты | А | В | С |
| 2,4-диметилпентан | 6,82621 | 1192,041 | 221,634 |
| 3-метилгексан | 6,86724 | 1240,196 | 219,223 |
| бензол | 6,48898 | 902,275 | 178,099 |
| 3-метилпентан | 6,84887 | 1152,368 | 227,129 |
| циклопентан | 6,87798 | 1119,208 | 230,738 |
Расчёт начальной температуры жидкой многокомпонентной смеси проводится методом подбора с помощью надстройки «Подбор параметра». При заданном начальном давлении (0,4 МПа), подбирается температура, так что бы сумма парциальных давлений компонентов была равна заданному начальному давлению.
Начальная температура жидкофазной системы составляет 125,99 0С.
Давление насыщенных паров всех компонентов, входящих в смесь, рассчитывается по уравнению (2), используя данные таблицы 2:
Парциальные давления компонентов находятся по уравнению:
, (11)
где 
- парциальные давления компонентов, МПа;
Для 2,4 – диметилпентана давление насыщенных паров рассчитанное по формулам (2) составляет:
С учётом перевода из мм рт.ст в МПа, давление насыщенных паров для 2,4 – диметилпентана будет равно 0,3283 МПа. Парциальное давление рассчитывается по формуле (11):
МПа.
Результаты расчётов парциальных давлений и давлений насыщенных паров по уравнениям (2) и (11) с учётом перевода, представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Расчётные значения давлений насыщенных паров и парциальных давлений
| Компоненты |  , МПа.
|  , МПа.
|
| 2,4-диметилпентан | 0,3283 | 0,0726 |
| 3-метилгексан | 0,2477 | 0,0548 |
| бензол | 0,4376 | 0,1489 |
| 3-метилпентан | 0,5066 | 0,0782 |
| циклопентан | 0,7240 | 0,0457 |
| итого | - | 0,4000 |
Расчёт конечной температуры жидкой многокомпонентной смеси проводится методом подбора с помощью надстройки «Подбор параметра». При заданном конечном давлении (0,23 МПа), подбирается температура, так что бы сумма парциальных давлений компонентов была равна заданному начальному давлению.
Конечная температура жидкофазной системы составляет 102,82.
Давление насыщенных паров всех компонентов, входящих в смесь, рассчитывается по уравнению (2), используя данные таблицы 2:
Результаты расчётов парциальных давлений и давлений насыщенных паров по уравнениям (2) и (11) с учётом перевода, представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Расчётные значения давлений насыщенных паров и парциальных давлений
| Компоненты |  , МПа.
|  , МПа.
|
| 2,4-диметилпентан | 0,1868 | 0,0413 |
| 3-метилгексан | 0,1366 | 0,0302 |
| бензол | 0,2491 | 0,0847 |
| 3-метилпентан | 0,2989 | 0,0461 |
| циклопентан | 0,4383 | 0,0277 |
| итого | - | 0,2300 |
Конечная температура двухфазной системы находится методом деления отрезка пополам, итерации продолжаются до тех пор пока невязка теплосодержания входного потока и суммарного теплосодержания выходных потоков не будет превышать 0,5 %. Если разность начального и сумма полученных теплосодержаний получается отрицательной то закрепляется минимальное значение температуры, а полученная в ходе вычислений температура принимается за максимальную.
Температура для каждой итерации равна:
, (12)
Для первой итерации она составит:
Далее по формуле (2) необходимо рассчитать давления насыщенных паров при средней температуре, результаты расчёта представлены в таблице 5.
Константы фазового равновесия компонентов смеси рассчитываются при давлении в 0,23 МПа и средней температуре. Расчет производится по уравнению (3). Например для 2,4 - диметилпентана:
.
Для остальных веществ константа фазового равновесия при средней температуре, и давлении 0,23 МПа рассчитывается аналогично, все расчёты представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Результаты расчёта давлений насыщенных паров и констант равновесия при температуре 114,41 0С и давлении 0,23 МПа.
| Компоненты |  МПа
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,25 | 1,09 |
| 3-метилгексан | 0,19 | 0,81 |
| бензол | 0,33 | 1,45 |
| 3-метилпентан | 0,39 | 1,71 |
| циклопентан | 0,57 | 2,47 |
Для проверки системы на наличие паровой и жидкой фазы при заданных внешних условиях рассчитываются два вспомогательных комплекса по уравнениям (4) и (5):
;
A < 1 и В > 1, значит, в системе присутствует только паровая фаза.
Так как у нас присутствует только паровая фаза, необходимо расчёт теплосодержания проводить только для паровой фазы.
Теплосодержание жидкой фазы рассчитывается по уравнению:
, (13)
где 
– массовый расход жидкой фазы, кг/ч;
t – температура системы, 0С;
Сp – теплоёмкость смеси, кДж/(кг∙0С);
Теплосодержание провой фазы рассчитывается по уравнению:
, (14)
где 
– массовый расход паровой фазы, кг/ч;
t – температура системы, 0С;
Сp – теплоёмкость смеси, кДж/(кг∙ 0С);
r – теплота парообразования, кДж/кг.
Для расчётов нужны значения теплоёмкостей и теплоты парообразования, для этого составляются аппроксимирующие уравнения полученные по табличным данным.
Необходимо проверить расхождения между теплосодержанием исходной смеси при начальной температуре однофазной системы равной 125,99 0С и суммы полученных при температуре 114,41 0С теплосодержаний паровой и жидкой фаз. Расхождения не должны составлять больше 0,5 %.
Значения теплоёмкостей и теплот парообразования представлены в таблице 6.
Таблица 6 - Значения теплоёмкостей и теплот парообразования при 125,99 и 114,41 0С.
| Компоненты | Теплоёмкость | Теплота парообразования | ||
| при 125,99 0С | при 114,41 0С | при 125,99 0С | при 114,41 0С | |
| 2,4-диметилпентан | 2,8246 | 2,7551 | 254,6730 | 264,2122 |
| 3-метилгексан | 2,8218 | 2,7592 | 275,5093 | 284,9410 |
| бензол | 2,0504 | 2,0029 | 355,1785 | 365,1297 |
| 3-метилпентан | 2,9442 | 2,8689 | 259,3756 | 270,9850 |
| циклопентан | 1,6317 | 1,5831 | 324,7861 | 336,3105 |
Расход для 2,4 – диметилпентана находящегося в паровой фазе, а также его теплосодержание рассчитываются по формулам (14) и (10):
,
.
Для остальных компонентов расчёт аналогичный, результаты расчёта представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Результаты расчёта теплосодержания компонентов в паровой фазе при температуре 114,41 0С и в жидкой при 125,99 0С.
| Компоненты |
| 
| 
| 
(при 125,99 0С)
|
| 2,4-диметилпентан | 0,2211 | 3 375,00 | 1 955 535,41 | 1 201 102,28 |
| 3-метилгексан | 0,2211 | 3 375,00 | 2 027 065,12 | 199 875,53 |
| бензол | 0,3402 | 4 050,00 | 2 406 802,78 | 1 046 239,55 |
| 3-метилпентан | 0,1543 | 2 025,00 | 1 213 395,53 | 751 167,83 |
| циклопентан | 0,0632 | 675,00 | 349 261,89 | 138 769,97 |
| итого | 1,0000 | 13 500,00 | 7 952 060,73 | 4 337 155,15 |
Теплосодержания при 114,41 0С сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 83,35 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение < 0, а это означает, что полученное при температуре 114,41 0С теплосодержание больше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 102,82 0С, по формуле (12):
Далее по формуле (2) необходимо рассчитать давления насыщенных паров при температуре 108,61 0С, а также константы фазового равновесия при давлении 0,23 МПа. Результаты расчёта представлены в таблице 8.
Таблица 8 – Результаты расчёта давлений насыщенных паров и констант равновесия при температуре 108,61 0С и давлении 0,23 МПа
| Компоненты | МПа
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,22 | 0,94 |
| 3-метилгексан | 0,16 | 0,69 |
| бензол | 0,29 | 1,26 |
| 3-метилпентан | 0,34 | 1,49 |
| циклопентан | 0,50 | 2,17 |
Для проверки системы на наличие паровой и жидкой фазы при заданных внешних условиях рассчитываются два вспомогательных комплекса по уравнениям (4) и (5):
;
A < 1 и В > 1, значит, в системе присутствует только паровая фаза.
Так как в системе присутствует только паровая фаза, это означает что расчёт теплосодержания необходимо проводить только для паровой фазы по формулам (14) и (10).
Результаты расчёта представлены в таблице 9.
Таблица 9 – Результаты расчёта теплосодержания компонентов в паровой фазе при температуре 108,61 0С и в жидкой при 125,99 0С.
| Компоненты |
|
|
|
(при 125,99 0С)
|
| 2,4-диметилпентан | 0,2211 | 3 375,00 | 1 904 689,94 | 1 201 102,28 |
| 3-метилгексан | 0,2211 | 3 375,00 | 1 977 300,72 | 1 199 875,53 |
| бензол | 0,3402 | 4 050,00 | 2 368 948,58 | 1 046 239,55 |
| 3-метилпентан | 0,1543 | 2 025,00 | 1 182 910,82 | 751 167,83 |
| циклопентан | 0,0632 | 675,00 | 345 048,81 | 138 769,97 |
| итого | 1,0000 | 13 500,00 | 7 778 898,88 | 4 337 155,15 |
Теплосодержания при 108,61 0С сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 79,35 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение < 0, а это означает, что полученное при температуре 108,61 0С теплосодержание больше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 102,82 0С, по формуле (12):
Далее по формуле (2) необходимо рассчитать давления насыщенных паров при температуре 108,61 0С, а также константы фазового равновесия при давлении 0,23 МПа. Результаты расчёта представлены в таблице 10.
Таблица 10 – Результаты расчёта давлений насыщенных паров и констант равновесия при температуре 105,72 0С и давлении 0,23 МПа
| Компоненты | МПа
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,20 | 0,88 |
| 3-метилгексан | 0,15 | 0,64 |
| бензол | 0,27 | 1,17 |
| 3-метилпентан | 0,32 | 1,39 |
| циклопентан | 0,47 | 2,04 |
Для проверки системы на наличие паровой и жидкой фазы при заданных внешних условиях рассчитываются два вспомогательных комплекса по уравнениям (4) и (5):
A > 1 и В > 1, значит, в системе присутствует и паровая, и жидкая фазы. Дальше необходимо рассчитать новые мольные доли компонентов в жидкой фазе и паровой по уравнениям (6) и (8).
Для 2,4 – диметилпентана они составят:
Расчёт содержания других компонентов рассчитывается аналогично. Результаты расчётов представлены в таблице 11.
Определение доли образующейся жидкой фазы производится методом подбора с помощью надстроек «Подбор параметра» и «Поиск решения» в MS Excel. Принятое значение доли образующейся жидкой фазы будет истинным, еcли выполняется условие 
, где мольная доля компонента x i рассчитывается по формуле (6).
Методом подбора с помощью надстройки «Подбор параметра» была найдена доля конденсации, равная 0,2889.
Данные о составе паровой и жидкой фаз при L, найденной «Подбором параметра» представлены в таблице 11.
Таблица 11 - Состав паровой и жидкой фазы при L = 0,2889
| Компоненты | 
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,2427 | 0,2124 |
| 3-метилгексан | 0,2965 | 0,1905 |
| бензол | 0,3040 | 0,3550 |
| 3-метилпентан | 0,1205 | 0,1680 |
| циклопентан | 0,0364 | 0,0741 |
| итого | 1,0000 | 1,0000 |
Массовый расход 2,4 – диметилпентана при 105,72 0С в жидкой и паровой фазе рассчитывается по формулам (9), (10):
кг/ч,
кг/ч.
Теплосодержания 2,4 – диметилпентана при 105,72 0С в жидкой и паровой фазе, а также при температуре 125,99 0С рассчитывается по формулам (13) и (14):
кДж/ч,
кДж/ч,
кДж/ч.
Расчёты для других веществ аналогичны и представлены в таблице 12.
Таблица 12 - расчёт теплосодержаний при 105,72 и 125,99 0С.
| Компоненты |
(при 125,99 0С)
|
(при 105,72 0С)
| 
(при 105,72 0С)
|
| 2,4-диметилпентан | 1 201 102,28 | 305 687,52 | 1 283 897,70 |
| 3-метилгексан | 1 199 875,53 | 374 778,19 | 1 196 537,89 |
| бензол | 1 046 239,55 | 217 381,48 | 1 743 725,61 |
| 3-метилпентан | 751 167,83 | 135 883,37 | 904 335,64 |
| циклопентан | 138 769,97 | 18 350,24 | 285 953,49 |
| итого | 4 337 155,15 | 1 052 080,80 | 5 414 450,31 |
Суммируется теплосодержания при 105,72 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 49,1 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение < 0, а это означает, что сумма полученных при температуре 105,72 0С теплосодержаний больше начального теплосодержания. Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 102,82 0С, по формуле (12):
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 104,27 0С. В таблице 13 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах. Доля конденсации L = 0,6513.
Таблица 13 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 104,27 0С.
| Компоненты | 
| МПа
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| 2,4-диметилпентан | 0,84 | 0,19 | 0,19 | 0,26 | 0,2339 | 0,1973 | 653 167,8 | 580 949,4 |
| 3-метилгексан | 0,62 | 0,14 | 0,14 | 0,36 | 0,2551 | 0,1577 | 715 103,4 | 482 497,7 |
| бензол | 1,12 | 0,26 | 0,38 | 0,30 | 0,3260 | 0,3667 | 516 909,8 | 879 996,9 |
| 3-метилпентан | 1,35 | 0,31 | 0,21 | 0,11 | 0,1377 | 0,1853 | 343 941,5 | 486 092,9 |
| циклопентан | 1,97 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0472 | 0,0930 | 52 754,5 | 175 574,9 |
| итого | 1,04 | 1,07 | 1,0000 | 1,0000 | 2 281 877 | 2 605 112 |
Суммируется теплосодержания при 104,27 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 30,93 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение < 0, а это означает, что сумма полученных при температуре 104,27 0С теплосодержаний больше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 102,82 0С, по формуле (12):
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 103,55 0С.
В таблице 14 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах.
Доля конденсации L=0,8274.
Таблица 14 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 103,55 0С.
| Компоненты |
| МПа
|
|
|
|
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,83 | 0,19 | 0,18 | 0,27 | 0,2279 | 0,1887 | 801 647,5 | 274 017,3 |
| 3-метилгексан | 0,61 | 0,14 | 0,13 | 0,37 | 0,2373 | 0,1438 | 837 874,2 | 217 039,7 |
| бензол | 1,10 | 0,25 | 0,38 | 0,31 | 0,3342 | 0,3689 | 667 566,3 | 437 229,4 |
| 3-метилпентан | 1,32 | 0,30 | 0,20 | 0,12 | 0,1462 | 0,1933 | 459 878,2 | 250 131,6 |
| циклопентан | 1,94 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0544 | 0,1054 | 76 523,3 | 98 295,3 |
| итого | 1,02 | 1,09 | 1,0000 | 1,0000 | 2 843 490 | 1 276 713 |
Суммируется теплосодержания при 103,55 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 5 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение > 0, а это означает, что сумма полученных при температуре 103,55 0С теплосодержаний меньше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять большую температуру, но не больше 104,27 0С, по формуле (12):
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 103,91 0С.
В таблице 15 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах.
Доля конденсации L = 0,7400.
Таблица 15 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 103,91 0С.
| Компоненты |
| МПа
|
|
|
|
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,84 | 0,19 | 0,18 | 0,26 | 0,2310 | 0,1930 | 729 824,5 | 423 109,3 |
| 3-метилгексан | 0,61 | 0,14 | 0,14 | 0,36 | 0,2460 | 0,1505 | 780 029,9 | 342 874,4 |
| бензол | 1,11 | 0,26 | 0,38 | 0,31 | 0,3304 | 0,3681 | 592 692,6 | 658 037,9 |
| 3-метилпентан | 1,33 | 0,31 | 0,21 | 0,12 | 0,1420 | 0,1894 | 401 192,9 | 369 839,5 |
| циклопентан | 1,95 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0506 | 0,0989 | 63 993,9 | 139 119,8 |
| итого | 1,03 | 1,08 | 1,000 | 1,000 | 2 567 734 | 1 932 981 |
Суммируется теплосодержания при 103,91 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 3,77 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение < 0, а это означает, что сумма полученных при температуре 103,91 0С теплосодержаний больше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 103,55 0С, по формуле (12):
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 103,73 0С.
В таблице 16 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах.
Доля конденсации L = 0,7620.
Таблица 16 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 103,73 0С.
| Компоненты |
| МПа
|
|
|
|
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,83 | 0,19 | 0,18 | 0,27 | 0,2295 | 0,1909 | 766 359,9 | 347 426,6 |
| 3-метилгексан | 0,61 | 0,14 | 0,13 | 0,36 | 0,2416 | 0,1471 | 809 808,7 | 278 285,4 |
| бензол | 1,11 | 0,26 | 0,38 | 0,31 | 0,3324 | 0,3686 | 630 288,4 | 547 360,6 |
| 3-метилпентан | 1,33 | 0,31 | 0,20 | 0,12 | 0,1441 | 0,1914 | 430 386,0 | 310 360,8 |
| циклопентан | 1,95 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0525 | 0,1021 | 70 090,1 | 119 279,8 |
| итого | 1,02 | 1,08 | 1,000 | 1,000 | 2 706 933 | 1 602 713 |
Суммируется теплосодержания при 103,73 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 0,63 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается. Полученное значение > 0, а это означает, что сумма полученных при температуре 103,73 0С теплосодержаний меньше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять большую температуру, но не больше 103,910С.
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 103,82 0С.
В таблице 17 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах.
Доля конденсации L = 0,7620.
Таблица 17 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 103,82 0С.
| Компоненты |
| МПа
|
|
|
|
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,83 | 0,19 | 0,18 | 0,27 | 0,2303 | 0,1919 | 748 249,0 | 384 982,7 |
| 3-метилгексан | 0,61 | 0,14 | 0,13 | 0,36 | 0,2438 | 0,1488 | 795 139,6 | 310 150,2 |
| бензол | 1,11 | 0,26 | 0,38 | 0,31 | 0,3314 | 0,3684 | 611 527,7 | 602 638,4 |
| 3-метилпентан | 1,33 | 0,31 | 0,21 | 0,12 | 0,1430 | 0,1904 | 415 750,6 | 340 196,6 |
| циклопентан | 1,95 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0515 | 0,1005 | 67 001,3 | 129 338,0 |
| итого | 1,03 | 1,08 | 1,000 | 1,000 | 2 637 668 | 1 767 306 |
Суммируется теплосодержания при 103,82 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 1,65 %, по условию необходимо достичь 0,5 %, следовательно расчёт продолжается.
Полученное значение < 0, а это означает, что полученных при температуре 103,82 0С сумма теплосодержаний, больше начального теплосодержания.
Для следующей итерации следует взять меньшую температуру, но не меньше 103,730С, по формуле (12):
Следующие расчёты делаются аналогично, но с использованием температуры уже 103,77 0С.
В таблице 18 представлены результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах. Доля конденсации L = 0,7729.
Таблица 18 – Результаты расчёта констант равновесия, мольных долей в жидкой и паровой фазах, а также теплосодержаний в жидкой и паровой фазах, при 103,77 0С.
| Компоненты |
| МПа
|
|
|
|
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 0,83 | 0,19 | 0,18 | 0,27 | 0,2299 | 0,1914 | 757 343,3 | 366 134,1 |
| 3-метилгексан | 0,61 | 0,14 | 0,13 | 0,36 | 0,2427 | 0,1479 | 802 528,2 | 294 112,5 |
| бензол | 1,11 | 0,26 | 0,38 | 0,31 | 0,3319 | 0,3685 | 620 917,3 | 574 984,3 |
| 3-метилпентан | 1,33 | 0,31 | 0,21 | 0,12 | 0,1435 | 0,1909 | 423 058,5 | 325 303,0 |
| циклопентан | 1,95 | 0,45 | 0,12 | 0,03 | 0,0520 | 0,1013 | 68 535,3 | 124 344,2 |
| итого | 1,03 | 1,08 | 1,000 | 1,000 | 2 672 382 | 1 684 878 |
Суммируется теплосодержания при 103,77 0С, и сравниваются со значением при 125,99 0С:
%.
Расхождение составляет 0,46 %, необходимое условие выполнено. Искомая температура составила 103,77 0С. Теплосодержания при 125,99 0С, и теплосодержания паровой и жидкой фаз, при температуре 103,77 0С потоков представлены в таблице 20.
Таблица 20 - Теплосодержания исходной жидкой фазы, и конечных жидкой и паровой фазы
| Компоненты |
(при 125,99 0С)
|
|
|
| 2,4-диметилпентан | 1 201 102,28 | 757 343,28 | 366 134,08 |
| 3-метилгексан | 1 199 875,53 | 802 528,16 | 294 112,45 |
| бензол | 1 046 239,55 | 620 917,33 | 574 984,33 |
| 3-метилпентан | 751 167,83 | 423 058,48 | 325 303,02 |
| циклопентан | 138 769,97 | 68 535,25 | 124 344,23 |
| итого | 4 337 155,15 | 2 672 382,51 | 1 684 878,10 |
Теперь составляется материальный баланс процесса дросселирования многокомпонентной смеси от 0,4 МПа до 0,23 МПа. Доля отгона по формуле (7) равна:
Материальный баланс представлен в таблице 21.
Таблица 21 – Материальный баланс процесса дросселирования
| Компоненты | М. м., кг /кмоль | Исходная смесь | Жидкая фаза | Паровая фаза | |||||||||
| кг/ч | мас. доля | кмоль/ч | мол. доля | кг/ч | мас. доля | кмоль/ч | мол. доля | кг/ч | мас. доля | кмоль/ч | мол. доля | ||
| 2,4-диметилпентан | 0,2500 | 33,7500 | 0,2211 | 2 712 | 0,2579 | 27,12 | 0,2299 | 0,2221 | 6,63 | 0,1914 | |||
| 3-метилгексан | 0,2500 | 33,7500 | 0,2211 | 2 862 | 0,2723 | 28,62 | 0,2427 | 0,1716 | 5,13 | 0,1479 | |||
| бензол | 0,3000 | 51,9231 | 0,3402 | 3 054 | 0,2905 | 39,15 | 0,3319 | 0,3335 | 12,77 | 0,3685 | |||
| 3-метилпентан | 0,1500 | 23,5465 | 0,1543 | 1 456 | 0,1385 | 16,93 | 0,1435 | 0,1905 | 6,61 | 0,1909 | |||
| циклопентан | 0,0500 | 9,6429 | 0,0632 | 0,0408 | 6,13 | 0,0520 | 0,0823 | 3,51 | 0,1013 | ||||
| итого | 1,0000 | 152,6124 | 1,0000 | 10 514 | 1,0000 | 117,96 | 1,0000 | 2 987 | 1,0000 | 34,65 | 1,0000 |
1.4 Выводы
1) Рассчитана начальная температура жидкой многокомпонентной смеси. Она составляет 125,99 OC.
2) Определенна конечная температура многофазной многокомпонентной смеси. При давлении 0,23 МПа, она составляет 103,77 OC.
3) Для предложенной многокомпонентной смеси, составлен, в согласии с тепловым балансом, материальный баланс процесса дросселирования, при доле отгона равной 0,2271.
Список использованных источников
1. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский, 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. – 496 с.
2. Татевский, В. М.Физико – химические свойства индивидуальных углеводородов / В. М. Татевский. – М.: Гостоптехиздат, 1960. – 412 с.
3. Александров, И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчёта и основы конструирования / И. А. Александров, – 3-е изд., перераб. - М.: Химия, 1978. – 280 с.
4. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам
газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик, 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
4. Стабников, В. Н. Ректификационные аппараты / В. Н. Стабников - М.: Машиностроение, 1965. – 356 с.
5. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Дж. Праусниц,
Т. Шервуд. – Л.: Химия, 1982. – 592 с.
6. Александров, И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования / И. А. Александров – М.: Химия, 1971. – 296 с.
8. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
Дата добавления: 2015-08-09; просмотров: 77 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Усовершенствование педального узла Ваз 2108, Ваз 2109, Ваз 21099, Лада Самара | | | Тема 10. экономические ИНДЕКСЫ |