Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол-толуол под атмосферным давлением. Подробный расчет ректификационной колонны и парового подогревателя исходной смеси. Куб-испаритель, дефлегматор и холодильники остатка.
Аннотация к работе
В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - насадка. Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар - жидкость с большой межфазной поверхностью. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара.
Введение
Ректификация - один из способов разделения жидких смесей основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - насадка. Куб и дефлегматор - это обычно кожухотрубные теплообменники.
Назначение тарелок и насадки - разделение межфазной поверхности и улучшение контакта между жидкостью и паром. Тарелки, как правило, снабжаются устройством для перелива жидкости. В качестве насадки ректификационных колонн обычно используются кольца, диаметр которых равен их высоте.
Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар - жидкость с большой межфазной поверхностью. Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создается при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.
По способу проведения различают - непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Полная колонна состоит из двух секций укрепляющей и исчерпывающей. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара. Достигая низа колонны, жидкость обогащается тяжелолетучими компонентами. В низу жидкость частично испаряется в результате нагрева подводящимся теплоносителем, и пар снова поступает в исчерпывающую секцию.
Пройдя ее, обогащенный легколетучимикомпонентами, пар поступает в дефлегматор, где обычно полностью конденсируется подходящим хладагентом. Полученная жидкость делится на два потока - дистиллят и флегму. Дистиллят является продуктовым потоком, а флегма поступает на орошение укрепляющей секции, по контактным устройствам которой стекает. Часть жидкости выводится из куба колонны в виде так называемого кубового остатка (также продуктовый поток).
Если исходную смесь нужно разделить непрерывным способом на число фракций больше двух, то применяется последовательное либо параллельно - последовательное соединение колонн.
При периодической ректификации исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны, емкость которая соответствует желаемой производительности. Пары поступают в колонну и поднимаются к дефлегматору, где происходит их конденсация. В начальный период весь конденсат возвращается в колонну, что отвечает режиму полного орошения. Затем конденсат делится на дистиллят и флегму. По мере отбора дистиллята (либо при постоянном флегмовом числе, либо с его изменением из колонны выводятся сначала легколетучие компоненты, затем среднелетучие и так далее). Нужную фракцию (или фракции) отбирают в соответствующий сборник. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.
Основные области промышленного применения ректификации - получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, окиси этилена, акрилонитрила, акрилхлорсиланов - в химической промышленности. Ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях.
1.
Технологические расчеты
1.1 Равновесные данные
Для технологических расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определенных температурах. Основным способом определения этих свойств является таблица равновесных данных. х - мольная доля легколетучего компонента в жидкой фазе;
y - мольная доля легколетучего компонента в паровой фазе;
t - температура, ?N.
Oaaeeoa 1 o o t
0 0 110.6
5 11.5 108.3
10 21.4 106.1
20 38 102.2
30 51.1 98.6
40 61.9 95.2
50 71.2 92.1
70 85.4 86.8
80 91 84.4
90 95.9 82.3
100 100 80.2
A aaiiii eo?niaii i?iaeoa ?anniao?eaaaony nianu aaicie - oieoie. Ecaanoii, ?oi t eei aaicie = 80.2? N t eei oieoie = 110.8? N
Neaaiaaoaeuii, a ea?anoaa eaaeieaoo?aai eiiiiiaioa a aaeuiaeoai ii oiie?aie? aoaao ?anniao?eaaouny aaicie.
1.2 Iaoa?eaeuiue aaeain
Ciay i?iecaiaeoaeuiinou eieiiiu ii enoiaiie niane , ii o?aaiaieyi iaoa?eaeuiiai aaeaina ii?aaaeei ianniaua ?anoiau aenoeeeyoa e eoaiaiai inoaoea .
aaa - ianniaue ?anoia enoiaiie niane, ea/n;
- ianniaue ?anoia eoaiaiai inoaoea, ea/n;
- ianniaue ?anoia aenoeeeyoa, ea/n;
, e - ianniaua aiee eaaeieaoo?aai eiiiiiaioa a ieoaiee, aenoeeeyoa e eoaiaii inoaoea niioaaonoaaiii.
Niioaaonoaaiii iaoiaei iieuiua aiee eaaeieaoo?aai eiiiiiaioa a eoaiaii inoaoea e aenoeeeyoa: eiieu e.e./ eiieu ?anoai?a eiieu e.e./ eiieu ?anoai?a
Iaa?ocea ?aeoeoeeaoeiiiie eieiiiu ii ia?o e ?eaeinoe ii?aaaeyaony ?aai?ei oeaaiiaui ?eneii. Aey aai ?an?aoa eniieuco?o i?eaee?aiiua au?eneaiey ii oi?ioea:
aaa Rmin - ieieiaeuiia oeaaiiaia ?enei.
I?e yoii:
aaa - iieuiua aiee eaaeieaoo?aai eiiiiiaioa a ?eaeinoe, a - eiioaio?aoey eaaeieaoo?aai eiiiiiaioa a ia?a, iaoiayuayny a ?aaiiaanee n ?eaeinou? ieoaiey.
Ii Oaaeeoa 1 iaoiaei cia?aiea : = eiieu e.e./eiieu ?-?a
?ann?eoaai ?anoia oaiea a iiaia?aaaoaea enoiaiie niane ii oi?ioea:
EAO
Oiaaa ?anoia a?a?uaai ia?a aoaao ?aaai ea/n
Eniieucoy , i?eiai a ea?anoaa i?eaioe?iai?iiai cia?aiey eiyooeoeaioa oaieiia?aaa?e io eiiaaine?o?uaainy ia?a e i?aaie?aneei ?eaeinoyi E = 300 Ao/i2*E.
Oiaaa i?eaioe?iai?iia cia?aiea iiaa?oiinoe oaieiiaiaia aoaao ii?aaaeyouny ii oi?ioea:
i2
Ii i?eaioe?iai?iiio cia?aie? iiaa?oiinoe oaieiiaiaia aue aua?ai iaiioiaiaie ei?ooio?oa?aoue oaieiiaiaiiee n o?oaaie d = 20?2 ii, aioo?aiiei aeaiao?ii ei?ooa D = 325 ii, ?eneii o?oa n = 100, aeeiie o?oa l = 3.0 i e iiaa?oiinou? oaieiiaiaia F = 19.5 i2 e i?ioiaiui na?aieai o?oaiiai i?ino?ainoaa so? = 2.0*10-2 i2.
I?e ?=0.5 i/n so? = 0.0057 i2. Neaaiaaoaeuii, ii?ii naaeaou auaia i oii, ?oi aua?aiiue ei?ooio?oa?aoue oaieiiaiaiiee ia iiaoiaeo.
?anniio?ei oaieiiaiaiiee oeia «o?oaa a o?oaa».
I?eiai aeaiao? oaieiiaiaiiie o?oau d = 108?5 ii, aeaiao? ei?ooiaie o?oau D = 159?6 ii. Iiei?ei, ?oi a o?oaiii i?ino?ainoaa eaao iaa?aa enoiaiie niane, a a ia?o?oaiii - eiiaainaoey ia?a.
Ciay cia?aiea Pr = 4.923; Pr no = 4.096 e Re = 93635.61, ii?aaaeei cia?aiea ?enea Ionnaeuoa:
Ciay e?eoa?ee Ionnaeuoa, ii?aaaeei eiyooeoeaio oaieiioaa?e oieiaiie noaiee ii oi?ioea:
Oiaaa Ao/i2*E
Iiaa?oiinoio? ieioiinou oaieiaiai iioiea oieiaiie noaiee ii?aaaeei ii oi?ioea:
Niiinoaaei q1 e q2, a ?aciinou au?acei a i?ioaioao:
Oaiia?aoo?a noaiee iiaia?aia aa?ii.
?ann?eoaai enoeiiue eiyooeoeaio oaieiia?aaa?e:
Ao/i2*E
Oiaaa i2
Ii i?eaioe?iai?iiio cia?aie? iiaa?oiinoe oaieiiaiaia aue aua?ai oaieiiaiaiiee oeia «o?oaa a o?oaa» n oaieiiaiaiiie o?oaie d = 108?5 ii, ei?ooiaie D = 159?6 ii, aeeiie o?oa l = 9.0 i e iiaa?oiinou? oaieiiaiaia F = 27.18 i2.
Nienie eeoa?aoo?u
1. E.O. Iaaeia, I.A. ?iiaieia, A.A. Iineia «I?ioannu e caaa?e ii eo?no oeie?aneie oaoiieiaee», Eaieia?aa, 1987
2. A.E. Aie?eineee, I.I. Oeen?e «Ii?aaaeaiea n?aaieo oece?aneeo aaee?ei iioieia ia?a e ?eaeinoe» Iaoiae?aneea oeacaiey e eo?niaiio i?iaeoe?iaaie?
3. A.E. Aie?eineee, A.A. Ia?eia «?aeoeoeeaoey: eieiiiua aiia?aou n neo?aouie oa?aeeaie» Iaoiae?aneia iiniaea e eo?niaiio i?iaeoe?iaaie?
4. «Eo?niaia i?iaeoe?iaaiea ii i?ioannai e aiia?aoai oeie?aneie oaoiieiaee. E?aoeea ni?aai?iua aaiiua»