Равновесных концентраций, энтальпий

Исходные данные

1. Сырье состоит из смеси н.октана и н.декана, содержание н.октана

в сырье x_F = 0,4.

2. Содержание н.октана в ректификате y_D = 0,98, в остатке x_W = 0,01.

3. Давление в секции питания колонны p_эв = 0,12 МПа.

4. Массовая доля отгона сырья, поступающего в колонну е= 0,2.

5. Физические свойства компонентов:

н.октан н.декан

молекулярная масса, М 114,2 142,2

температура кипения, t_k, ^оС 125,7 174,1;

относительная плотность, r₄²⁰ 0,703 0,730.

6. Массовый расход сырья F = 12000 кг/ч.

РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЙ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ КОМПОНЕНТОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ,

РАВНОВЕСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ, ЭНТАЛЬПИЙ

Для расчета состава равновесных фаз и построения кривой равновесия фаз, изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграммы рассчитываются давления насыщенных паров (ДНП) компонентов от температуры.

Большинство существующих формул для определения упругости насыщенных паров эмпирические. Наиболее известными для определения упругости насыщенных паров индивидуальных углеводородов являются формулы: Дальтона, Дюринга, Рамсай-Юнга, Кокса, Ашворта, Антуана, Вильсона [1-4].

В приведенном ниже примере для расчета давлений насыщенных паров используется уравнение Антуана [1]:

, (1)

где A_i , B_i , C_i - константы уравнения Антуана для i -го компонента;

t - температура, ^оС.

Константы уравнения Антуана взяты из справочной литературы [1, 2].

Для н.октана с температурой кипения 125,7^оС при давлении в колонне p = 0,12 МПа ближайшая температура 130^оС, для н.декана с температурой кипения 174,1^оС такой температурой является 180^оС; следовательно, кривые зависимости ДНП от температуры строятся в интервале температур 130 - 180^оС. Интервал температур уточняется, т.е. определяются температуры кипения компонентов при заданном давлении (P₁=p при t=t_a; P₂=p при t=t _w).

Температуры кипения компонентов при давлении p = 0,12 МПа составляют: н.октана t_a = 131,98^oC и н.декана t _w = 180,96 ^oC.

В интервале t_a - t _w произвольно задаемся рядом температур и вычисляем составы равновесных жидкой x' и паровой y' фаз по уравнениям (2) и (3):

, (2)

. (3)

Значения массовых концентраций определены по уравнениям (4) и (5):

, (4)

, (5)

где М₁ и М₂ - соответственно, молекулярные массы н.октана

и н.декана;

M_ж.ср и M_п.ср - средние молекулярные массы жидкости и паров.

Температура ввода сырья в колонну определяется при заданной доле отгона е = 0,2:

. (6)

Температуры дистиллята и остатка определяются без учета изменения давления по высоте колонны подбором по заданным концентрациям y_D и x_W..

Результаты расчетов приведены в табл. 1., на рис. 2-4 даны графические зависимости.

Таблица 1

t,^oC	P1	P2	x'	y'	x	y	e
131,98	0,1200	0,0302	1,0000	1,0000	1,0000	1,0000	#####
133,65	0,1254	0,0318	0,9419	0,9846	0,9286	0,9809	-10,112
140,00	0,1480	0,0389	0,7436	0,9169	0,6995	0,8986	-1,505
145,00	0,1678	0,0453	0,6098	0,8528	0,5564	0,8231	-0,587
150,00	0,1897	0,0525	0,4921	0,7779	0,4376	0,7377	-0,125
154,92	0,2133	0,0604	0,3898	0,6927	0,3390	0,6441	0,200
160,00	0,2399	0,0696	0,2958	0,5913	0,2522	0,5374	0,518
165,00	0,2685	0,0798	0,2132	0,4771	0,1787	0,4228	0,907
170,00	0,2997	0,0910	0,1390	0,3471	0,1147	0,2991	1,547
179,94	0,3696	0,1168	0,0125	0,0385	0,0101	0,0312	18,488
180,96	0,3774	0,1200	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	#####

Рис.2. Зависимости давлений насыщенных паров н.октана и н.декана

от температуры

Рис.3. Изобарные температурные кривые

Рис. 4. Кривая равновесия фаз

Энтальпии н.октана и н.декана находят из справочной литературы [2], или они могут быть определены приближенно по формулам Крега [2]:

для жидкости

, ккал/кг (7)

для паров

, ккал/кг (8).

Для пересчета величин и можно воспользоваться приближенной формулой [2]:

, (9)

где - температурная поправка (см. табл. П-1).

Энтальпия жидкости состава x при температуре t определяется по уравнению (10), а паров состава y - по уравнению (11):

ккал/кг. (10)

ккал/кг. (11)

Вычисления приведены в табл. 2, по которым на рис. 5 построена

энтальпийная диаграмма, связывающая составы жидкой и паровой фаз с их энтальпией.

Таблица 2

t, ^oC	x	y	h1	h2	ht	H1	H2	Ht
131,98	1,0000	1,0000	71,6	70,3	71,6	146,8	145,0	146,8
133,65	0,9286	0,9809	72,7	71,3	72,6	147,7	145,9	147,7
140,00	0,6995	0,8986	76,5	75,1	76,1	150,7	148,9	150,5
145,00	0,5564	0,8231	79,6	78,1	78,9	153,2	151,3	152,8
150,00	0,4376	0,7377	82,7	81,1	81,8	155,7	153,8	155,2
154,92	0,3390	0,6441	85,8	84,2	84,7	158,1	156,2	157,4
160,00	0,2522	0,5374	89,0	87,3	87,7	160,7	158,7	159,8
165,00	0,1787	0,4228	92,1	90,4	90,7	163,2	161,3	162,1
170,00	0,1147	0,2991	95,3	93,6	93,8	165,8	163,8	164,4
179,94	0,0101	0,0312	101,8	99,9	100,0	171,0	169,0	169,1
180,96	0,0000	0,0000	102,4	100,5	100,5	171,5	169,5	169,5

Рис. 5. Энтальпийная диаграмма

Дата добавления: 2015-07-19