Dimensionarea unei coloane de rectificare cu talere de tip sită pentru rectificarea unui amestec binar

1. Introducere

În prezenta lucrare se dorește dimensionarea unei coloane cu talere de tip sită pentru separarea unui amestec binar, etilbenzen – stiren. Acest amestec provine din blazul coloanei de separare a amestecului ternar toluen – stiren – etilbenzen. Amestecul ternar provine de la seria de reactoare a instalației de dehidrogenare a etilbenzenului la stiren. Instalația este prevăzută pentru obținerea stirenului de puritate 99%.

Figura 1. Schema directă de separare a amestecului ternar.

Unde: A – toluen; B – etilbenzen; C – stiren.

Debitul de alimentare a coloanei de separare a amestecului ternar este de 450 kmol/h și prezintă următoarea compoziție exprimată în fracții molare: xFA1=0.06, xFB1=0.20, xFC1=0.74. Coloanele de separare au starea termică a alimentării, q=1. Coloana de separare a amestecului ternar prezintă un grad de separare a distilatului de 0.98 și a reziduului de 0.985, iar cea a amestecului binar prezintă un grad de separare a distilatului de 0.985 și a reziduului de 0.992.

Presiunile alimentării, distilatului și reziduului în coloana ternară sunt: p1F=1.5 bar, p1D=1.3 bar și p1W=1.7 bar, iar pentru coloana de separare a amestecului binar presiunile sunt: p2F=0.2 bar, p2D=0.15 bar, p2W=0.25 bar.

ABC

A

BC

B

C

1

2

2. Dimensionarea tehnologică

2.1. Bilanțul de materiale

Pentru a determina compoziția și debitul curentului de alimentare a coloanei C2 trebuie realizat bilanțul de materiale pentru coloana ternară. Ecuațiile utilizate sunt cele de bilanț total și parțial pentru componenții etilbenzen și stiren și de asemenea s-au mai folosit ecuații pentru gradele de separare.

????????=????????+????????

????????∙????????????−????=????????∙????????????−????+????????∙????????????−????

????????∙????????????−????=????????∙????????????−????+????????∙????????????−????

????????????−????+????????????−????+????????????−????=????

????????????−????+????????????−????+????????????−????=????

În urma rezolvării acestor ecuații de bilanț s-au obținut următoarele valori.

Tabelul 1. Debitele și compozițiile curenților coloanei C1

F1 (kmol/h)

450

D1 (kmol/h)

32.575

W1(kmol/h)

417.425

xDB1

0.041

xWB1

0.212

xDC1

0.146

xWC1

0.786

xDA1

0.812

xWA1

1.294·10-3

Se presupune că în coloana C2 intră doar stirenul și etilbenzenul. Pentru aceasta se vor normaliza valorile xWB1 xWC1, obținându-se valorile prezentate în tabelul 2.

Tabelul 2. Compoziția alimentării coloanei de separare binare

xB

0.212

xC

0.788

Cu aceste valori se va continua bilanțul pentru coloana de separare binară conform acelorași ecuații de bilanț total și parțial dar de această dată doar pentru etilbenzen, obținându-se rezultatele prezentate în tabelul 3:

Tabelul 3. Debitele și compozițiile curenților coloanei C2

F2 (kmol/h)

417.425

D2 (kmol/h)

89.791

W2(kmol/h)

327.634

xDB2

0.971

xWB2

0.029

xDC2

4.052 · 10-3

xWC2

0.993