Разделение многокомпонентных смесей

1 Теоретическая часть

Все химические процессы могут осуществляться в двух режимах: периодическом и непрерывном. Для крупнотоннажных производств как правило, большинство процессов разделения многокомпонентных смесей реализованы в непрерывном режиме.

При полном испарении или при полной конденсации какой-либо многокомпонентной смеси, образующаяся новая фаза имеет тот же состав, что и исходная смесь. И с точки зрения разделения этот процесс не интересен. Другое дело неполное испарение или неполная конденсация. Какие-то компоненты смеси являются более летучими, какие-то менее летучими, поэтому, например, при неполной конденсации в жидкую фазу будет переходить менее летучие компоненты, а паровой фазе будет накаливаться более летучие.

Конденсация — это процесс перехода пара или газа в жидкое состояние, осуществляемый путем охлаждения пара (газа) или сжатия и охлаждения одновременно.

В технологических расчетах при разделении многокомпонентных смесей принимается, что при конденсации таких смесей устанавливается истинное равновесие между жидкой и паровой фазами.

Если при конденсации не все пары переводятся в жидкое состояние, то такой процесс называется неполной конденсацией [1].

2 Задание

Рассчитать процессы конденсации многокомпонентной смеси.

1) Полная конденсация:

          - найти давление конденсации, температуру начала и конденсации;

          - принять хладагент и назначить для него температуру начала и конца использования.

- составить тепловой баланс полной конденсации (испарения) и определить расход хладагента (теплоносителя).

- найти среднюю разность температур в процессе конденсации или испарения (предварительно выбрав тип теплообменного аппарата и принять режим движения потоков теплоносителей).

- принять значение коэффициента теплопередачи «К» и рассчитать необходимую поверхность теплопередачи.

- подобрать по каталогу теплообменный аппарат.

2) Неполная конденсация:

          - принять температуру конца охлаждения исходной смеси;

          - проверить наличие паровой и жидкой фаз;

          - найти долю конденсации (с точностью 0,0001);

          - рассчитать составы и количества паровой и жидкой фаз;

          - составить материальный баланс процесса.

Производительность – 10000 кг/ч.

Массовая доля в исходной смеси, %:

этан – 3,00;

сероводород – 20,00;

н-бутан – 33,00;

бутен-1 – 24,00;

1-пентен – 10,00;

2-метилпентан – 8,00;

2-метилгексан – 2,00.

3 Результаты расчета

3.1 Расчет состава исходной смеси

Перевод массовых долей компонентов в мольные доли осуществляется по

формуле [2]:

                               [pic 1]                                                               (1)

где Хi0– мольная доля i-компонента;

      yi– массовая доля i-компонента;

      Мi – молярная масса i-компонента, кг/кмоль.

Перевод состава исходной смеси из массовых долей в мольные доли осуществляется по формуле (1), например, для этана:

[pic 2]

Состав исходной смеси с учетом перевода массовых долей, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Состав исходной смеси

3.2 Расчет процесса полной конденсации смеси

3.2.1 Расчет давления конденсации

Задаемся температурой начала конденсации 100,6 °С.