Dimensionarea unei Coloane de Rectificare cu Talere Tip Sită

Prefată

În cadrul acestui proiect s-a realizat dimensionarea tehnologică a unei coloane de rectificare cu talere tip sită utilizată la separarea amestecului binar apă-metanol și s-a aflat refluxul optim caracteristic coloanei de separare a amestecului ternar apă-dimetileter-etanol care rezultă din reactorul de deshidratare a metanolului. Aceste coloane de rectificare fac parte dintr-o instalatie industrială de productie a dimetileterului.

Dimensionarea s-a efectuat plecând de la premisa că din reactorul de deshidratare a metanolului rezultă un debit de 300 kmol/h amestec ternar cu concentratia (fractii molare) de 0,40 dimetileter, 0,18 apă și 0,42 metanol care intră în prima coloană de separare la temperatura de fierbere la presiunea de 10 atm. Coloana de rectificare a amestecului binar (rezultat din prima coloană) functionează la presiune atmosferică. Amestecul binar de alimentare se află, la fel ca și în cazul primei coloane, la temperatura de fierbere. Cerintele tehnologice impuse sunt: o concentratie a metanolului rezultat în distilatul celei de-a doua coloane de 98 % (procente molare) și în reziduu de 3 % (procente molare).

Pentru a înlesni efortul de întelegere al cititorului, în fiecare capitol au fost justificati pașii parcurși în vederea obtinerii rezultatului final, creându-se astfel un fir epic al proiectului.

Materialul a fost executat cu ajutorul calculatorului, anexele cu ajutorul software-ului Microsoft Office 2007, iar partea de calcule în programul Mathcad 14.0, împrumutând de aici toată simbolistica.

Solutionarea proiectului s-a materializat prin calculul numărului de talere, diametrului, distantelor dintre talere și verificarea conditiilor hidrodinamice de funtionare a coloanei de rectificare a amestecului metanol-apă. S-a obtinut un numar de 14 talere reale ale coloanei, 9 în zona de concentrare și 5 în zona de epuizare. Diametrul coloanei s-a stabilit a fi 1,1 m in zona de concentrare și 1 m în zona de epuizare pentru o distantă dintre două talere consecutive de 0,45 m. Înăltimea maximă a coloanei a atins 8,02 m.

Proiectul a fost finalizat prin executarea desenului de ansamblu al coloanei de rectificare a amestecului binar.

A. COLOANA BINARĂ

1. BILANTUL DE MATERIALE

Compizitiile si concentratiile curentilor care intra in/ies din coloane se vor calcula din ecuatiile de bilant total si partial.

Bilantul total de materiale pentru prima coloana:

Bilantul partiala pentru componentul A in prima coloana:

Intrucat avem 2 ecuatii si 3 necunoscute, sistemul este incompatibil. Vom adauga relatia gradului de seaprare (3), astfel vom avea un nou sistem compatibil de 3 ecuatii cu 3 necunoscute.

Se calculeaza debitul de distilat care iese din prima coloana prin sustituirea lui x1WA din ecuatia (3a) in ecuatia (2):

Se calculeaza debitul de reziduu al primei coloane inlocuind numeric D1 si F1 in ecuatia (1):

Se calculeaza fractia molara a componentului B in reziduul primei coloane din ecuatia de bilant partial de materiale (2) pentru componentul B aplicata pentru prima coloana:

Se calculeaza fractiile molare pentru componentul A in reziduu cu relatia (3a):

Deoarece fractia molara a componentului usor in reziduu este foarte mica, se va neglija in calculele ulterioare.

Din schema procesului se observa ca debitul si compozitia alimentarii pentru a doua coloana este acelasi cu debitul si compozitia reziduului care iese din prima coloana.