Ректификация гомогенных смесей летучих жидкостей. Технологическая схема насадочной ректификационной колонны для разделения бинарной смеси диоксан – толуола. Скорость пара и диаметр установки. Расчет толщины обечаек, крышки и днища в колонном аппарате.
Аннотация к работе
Ректификация - процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположно друг другу. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент, которым обогащаются пары, а из паровой конденсируется преимущественно высококипящий компонент переходящий в жидкость. Эти пары выходящие из верхней части колоны после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят (верхний продукт) и флегму - жидкость, возвращающую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися в колоне парами.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. Проводя таким образом последовательно ряд процессов испарения жидкости и конденсации паров, можно получить в итоге жидкость (дистиллят), представляющую собой практически чистый НК. Аналогично, исходя из паровой фазы, соответствующей составу жидкости x4, путем проведения ряда последовательных процессов конденсации и испарения можно получить жидкость (остаток), состоящую почти целиком из ВК. На вторую ступень поступает на испарение жидкость, оставшаяся после отделения паров в первой ступени, в третьей ступени испаряется жидкость, поступившая из второй ступени (после отбора из последней паров) и т. д.2 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 Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.Необходимо рассчитать насадочную ректификационную колонну для разделения бинарной смеси диоксан - толуол. Давление в колонне составляет 600 мм рт. ст., смесь поступает при температуре кипения. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который, в свою очередь, зависит, от скоростей и физических свойств фаз, а также от типа и размеров насадок. При проведении процессов вакуумной ректификации с целью снижения гидравлического сопротивления выбирают специальные виды насадок, обладающих большим свободным объемом. Наиболее правильно выбор оптимального типа и размера насадки может быть осуществлен на основе технико-экономического анализа общих затрат на разделение в конкретном технологическом процессе.Для расчетов выразим концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в массовых долях , X. Определяем минимальное число флегмы по уравнению: RMIN = (XD-Y*F)/(Y*F-XF); (3.4) где Y*F = 0,54-мольная доля диоксана в паре (из приложения Д). Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочей линиям на диаграмме состав ПАРАУ - состав жидкости X находим N [1]. б) нижней (исчерпывающей) части колонны: y = (R F)/(R 1)•x - (F-1)/(R 1)• XW, где F - относительный мольный расход питания. Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений: LB = GDRMB /MD; (3.6)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) Нн =hэ н•nt н Нв= hэ в•nt в (3.17) где Нв и Нн - высота слоя насадки в верхней и нижней частях колонны; hэ в и hэ н - эквивалентная высота насадки [8]. Вязкость паров для верхней и нижней частей колонны: ?y в = M’в/(ув МД / ?у Д (1 - ув) МТ / ?у Т); Для определения m - тангенса угла наклона равновесной линии для верхней и нижней частей колонны добавим линию тренда: Рис.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. Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению ?= 16/ 2.Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению: Qд=GD • (1 R) • RD, (3.28) где RD-удельная теплота конден
План
Содержание
Введение
1. Физико - химические основы
2. Технологическая схема ректификационной установки