Расчет температуры продуктов в верхнем и нижнем сечении колонны

Температура в верхнем сечении колонны рассчитывается итерационным методом таким образом, чтобы выполнялось условие для жидкой фазы, равновесной с парами дистиллята :

(1.6)

Температура в нижнем сечении колонны рассчитывается из условия для паровой фазы, равновесной с кубовым остатком :

(1.7)

Константы фазового равновесия компонентов К_i можно определять по номограмме Уинна-Хэддена (Приложение Г). Однако при давлении Р < 1 МПа углеводородные системы можно считать в первом приближении подчиняющимися законам Рауля и Дальтона, рассчитывая значения К_i по формуле :

К_i = Р_i⁰ / P (1.8)

Давление насыщенного пара компонентов Р_i⁰ может быть рассчитано по уравнению Антуана :

(1.9)

константы которого, а также температурные пределы, при которых эти константы можно использовать, приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2 - Константы уравнения Антуана [9]

Компонент	А	В	С	Тмин., К	Тмакс., К
Бензол	15.9008	2788.51	-52.36
Толуол	16.0137	3096.52	-53.67
м-Ксилол	16.1390	3366.99	-58.04

Примечание : При использовании уравнения Антуана следует обратить внимание на различные формы уравнения, представленные в различных литературных источниках, а также на размерность коэффициента А, определяющую, в конечном счете, размерность Р_i⁰ (в данном примере - мм рт. ст).

При расчете температуры продуктов в нижнем сечении колонны, которая не укладывается в температурные пределы, указанные в табл. 2 для бензола, расчет значений Р⁰ для бензола проводился по уравнению Антуана в следующей форме см. приложение :

, (1.10)

где Р⁰ в мм рт.ст.; t – в ⁰С; А = 6.91210; В = 1214.645; С = 221.205;

t_мин. = 5.53⁰С; t_макс. = 190⁰С.

Уравнения (1.6) и (1.7) аналитически неразрешимы относительно температуры. Поэтому для их решения воспользуемся графическим методом:

· Зададимся двумя значениями температур (в нашем примере 80 и 100 ^ОС – для верха колонны и 120 и 140 ^ОС – для низа);

· Вычислим для указанных температур значения давления насыщенного пара и констант фазового равновесия;

· Для верха колонны вычислим значение , а для низа – значение ;

· Предполагая линейную зависимость указанных значений от температуры, построим графики зависимостей их от температуры. Точка пересечения линии со значением ординаты, равным единице, даст искомое значение температуры.

Результаты расчета температур верха и низа колонны представлены в таблицах 1.3 и 1.4 и на рисунках 1 и 2.

Таблица 1.3 - Расчет температуры в верхнем сечении колонны

Компонент		= 800С	= 1000С
Pi0, МПа			Pi0, МПа
Бензол	0.9992	0.101	0.670	1.491	0.179	1.195	0.836
Толуол	0.0008	0.039	0.257	0.003	0.074	0.492	0.002
Всего	1.0000			1.493			0.838

Компонент		= 93.6 0С
Pi0, МПа
Бензол	0.9992	0.150	1.001	0.998
Толуол	0.0008	0.061	0.404	0.002
Всего	1.0000			1.000

Рисунок 1 - Расчет температуры в верхнем сечении колонны

Точное значение температуры в верхнем сечении колонны принимается равным 93.6 ⁰С.

Таблица 1.4 - Расчет температуры в нижнем сечении колонны

Компонент		= 1200С	= 1400С
Pi0, МПа			Pi0, МПа
Бензол	0.0006	0.299	1.615	0.001	0.470	2.543	0.001
Толуол	0.9510	0.131	0.707	0.672	0.217	1.174	1.117
м-Ксилол	0.0484	0.059	0.317	0.015	0.103	0.559	0.027
Всего	1.0000			0.688			1.145

Компонент		= 134.40С
Pi0, МПа
Бензол	0.0006	0.416	2.251	0.002
Толуол	0.9510	0.190	1.025	0.974
м-Ксилол	0.0484	0.089	0.480	0.023
Всего	1.0000			0.999

Рисунок 2 - Расчет температуры в нижнем сечении колонны

Температуру потоков в нижнем сечении колонны принимаем равной 134.4⁰С.