Ректификация как один из важнейших технологических процессов спиртовой, нефтяной промышленности. Технологическая схема ректификационной установки. Расчет насадочной ректификационной колонны для разделения бинарной смеси диоксан–толуол и толщины обечаек.
Аннотация к работе
Достаточно высокая степень разделения однородных жидких смесей на компоненты может быть достигнута путем ректификации. Нагрев исходную смесь состава x1 до температуры кипения получим находящийся в равновесии с жидкостью пар (точка b). Отбор и конденсация этого пара дают жидкость состава х2 обогащенную НК (х2>х1).Нагрев эту жидкость до температуры кипения t2, получим пар (точка d), конденсация которого дает жидкость с еще большим содержанием НК, имеющую состав x3, и т. д.Принципиальная схема ректификационной установки приведена на рисунке 2.1. Рис. 2.1: Принципиальная схема ректификационной установки: 1 - теплообменник-подогреватель; 2,6 - насосы; 3 - емкость для исходной смеси; 4 - кипятильник; 5 - ректификационная колона; 7 - дефлегматор; 8 - холодильник дистиллята; 9 - холодильник кубовой жидкости; 10 - емкость для кубовой жидкости; 11 - емкость для сбора дистиллята.Необходимо рассчитать насадочную ректификационную колонну для разделения бинарной смеси диоксан - толуол. GD=1000 кг/ч, XF=45% (мол.), XD=90% (мол.), XW=2% (мол.).Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/с, кубового остатка GW кг/с, исходной GF кг/с. X = x•МД/(x•МД (1 - x)•MT), (3.3) где МД=88, МТ=92 - мольные массы диоксана и толуола. GF=2088 кг/ч = 0,580 кг/с; GW = 1088 кг/ч = 0,302 кг/с; GD=0,278 кг/с. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линиям на диаграмме состав ПАРАУ - состав жидкости X находим N [1]. R 4,2 5,4 7 9,4.Для ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20 - 30 % ниже скорости захлебывания [5]. Предельную фиктивную скорость пара wп, при которой происходит захлебывание насадочных колонн, определяют по уравнению [6]: , (3.11) где ?x, ?y - средние плотности жидкости и пара, кг/м3; ?x - в МПА-с. Поскольку отношения L/G и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны, определим скорости захлебывания для каждой части отдельно.Высота ректификационной колонны насадочного типа находится из уравнения: Нк=Ят (т-1)рр Яв Ян Нк Нд (3.15) где Z=5 м - высота насадки в одной секции; n - число секций; hp=1,215 - высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м: Zв= 1,2 м и Zн = 2 м - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, Нк - высота крышки, Нд - высота днища. n=(Нв Нн)/Z, (3.16).Гидравлическое сопротивление насадки ?Р находят по уравнению. Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ?РС рассчитывают по уравнению [1]: , (3.24) где ?-коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.ректификация нефтяной обечайка. Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению: Qд=GD • (1 R) • RD, (3.28) где RD-удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, КДЖ/кг.760 - 600 = 160 мм. рт. ст. = 0,1- 0,08=0,02 МПА. Т. к. среда является агрессивной и токсичной, то принимаем сталь 12Х18H10Т, для которой ?*=152 МПА [11], С - прибавка к расчетным толщинам. С = П • ?, (4.2) где П - скорость коррозии или эрозии, П = 0,1мм/год, ? - срок службы аппарата, принимаем ? = 20 лет. Примем S = 8 мм.Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле: , (4.9) мм. Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки = 16 мм.Определить необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 102 С. Изоляционный материал - совелит. Температура наружной поверхности изоляции не должна быть выше 35 С. Примем температуру окружающего воздуха то = 20 °C и определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению 4.71 [8]: ? = 9,74 0,07 • ?t = 9,74 0,07 • (35-20) = 10,79 Вт/(м2 • К). Удельный тепловой поток: q = ? • (тст-to) = 10,79 • (35-20) = 161,85 Вт/м2. Принимая приближенно, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно написать: q = K(твн-to) = la/б • (твн-to), откуда толщина слоя изоляции (la = 0,098 теплопроводность совелита) б = la/q • (твн-to) = 0,098/161,85 • (102-20) = 0.05 м. Так как наиболее горячая часть колонны это куб, то для всей остальной колонны можно принять ту же толщину слоя изоляции.Расчет штуцеров сводится к определению диаметра штуцера по уравнению: , (4.10) где w - скорость, для жидкости принимаем 1,5м/с, для пара - 15 м/с.VF = GF/RF (4.11) VF = 0,58 /790 = 7,34 • 10-4 м3/с. 0,025 м = 25 мм. По ОН26-01-34-66 примем штуцер с наружным диаметром 37мм, с условным проходом Dy=25 мм.