Расчет на ПК узла ректификации

Возможности ЭВМ позволяют реализовать метод Льюиса и Мачесона для расчета ректификационных колонн ВРУ на основе определения реального изменения состава потока на каждой тарелке и по высоте колонны с учетом конструктивных параметров и изменяющихся свойств пара и жидкости. В ОАО «Криогенмаш» разработана обобщенная расчетная схема колонны, которая охватывает практически любые возможные варианты схем верхней и нижней колонн. В числе исходных данных для расчета должны быть заданы параметры всех входящих и выходящих потоков (состав, расход и состояние смеси); тепловые нагрузки конденсаторов и испарителей; конструктивные размеры тарелок для каждой секции (площадь, высота и ширина сливной перегородки, длина пути жидкости, диаметр отверстия и шаг перфорации). Программа расчета предусматривает определение состава пара и жидкости тройной смеси во всех секциях, на каждой тарелке, начиная с первой (верхней).

Расчет ректификации на ЭВМ выполняется в программе, разработанной на языке FORTRAN, и позволяет производить термодинамический и технологический расчеты ректификационных колонн.

При расчете процесса ректификации воздух рассматривается как смесь трех компонентов N₂ — Аr — О₂.

В колонну подается шесть потоков питания: N, S, R, D и выводится пять продуктов разделения: А, Е, С, Н, К.

При проведении этого расчета используются принятые концентрации продуктов разделения воздуха и концентрации промежуточных продуктов разделения — кубовой жидкости и азотной флегмы.

Методика расчета процесса ректификации позволяет рассматривать воздух как смесь трех компонентов и дает возможность проводить определение не только числа теоретических тарелок, но и действительных.

При расчете колонн простой структуры «лишние» потоки обнуляются. Для расчета нижней колонны задаются количество вещества в потоке питания В, его состав и энергетическое состояние, тепловая нагрузка на конденсатор (Q=4000−5000 Дж/моль), давление колонны. Конечными продуктами разделения являются азотная флегма D и кубовая жидкость R, которые являются потоками питания для расчета верхней колонны. Продуктами разделения верхней колонны являются потоки газообразного азота, А и жидкого кислорода К.

Основу расчета составляет определение средних коэффициентов эффективности каждой тарелки, которые зависят от гидродинамических, конструктивных и термодинамических показателей.

Коэффициенты эффективности рассчитываются по схеме:

.

где z — число ветвей потоков на тарелке,.

g_z — относительный расход жидкости на ветвях потока (У g_z=1),.

ц_z — относительная скорость пара на ветвях потока,.

s_z — число секций полного перемешивания в ветвях потока.

При расчете расстояние между тарелками l, должно быть таким, чтобы верхняя граница слоя пены не доходила до вышележащей тарелки () [2].

Для определения материальных потоков и нагрузки на конденсатор-испаритель производится термодинамический расчет (приложение 1).

Полученные результаты:

А= 0,811 моль / моль — азот;

К= 0,189 моль / моль — кислород;

R= 0,602 моль / моль — кубовая жидкость;

D= 0,398 моль / моль — азотная флегма.

Тепловая нагрузка на конденсатор составила Q=4088 кДж/кмоль.

Для определения геометрических, термодинамических и гидродинамических параметров ректификационных колонн производится технологический расчет (приложение 2).

Из результатов расчета видно, что коэффициент эффективности тарелки находится в пределах 0,5−0,8, расстояние между тарелками соответствует рекомендуемому расстоянию между тарелками для колонн определенного диаметра [3].

При сопоставлении полученных результатов с данными из литературы можно сделать вывод о том, что процесс ректификации выполнен правильно [2].