Описание технологической схемы, эксплуатация и конструкция аппарата ректификационной колонны. Материальный и тепловой баланс установки. Определение высоты и массы аппарата, подбор тарелок и опоры. Гидравлическое сопротивление насадки и диаметр штуцеров.
Аннотация к работе
Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения остается в жидком состоянии. Описанный процесс, называемый простой перегонкой, не дает, однако, возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.Представим себе аппарат, в котором снизу вверх движутся пары, а сверху (навстречу парам) подается жидкость, представляющая собой почти чистый низкокипящий компонент. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно высококипящие компоненты, а из жидкости испаряется преимущественно низкокипящие компоненты. Таким образом, стекающая жидкость обогащается высококипящими компонентами, а поднимающиеся пары обогащаются низкокипящими компонентами, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый низкокипящий компонент. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть - отводится в качестве дистиллятаКипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). В насадочных колоннах используются насадки различных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра затруднено. Вместе с тем для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям: хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т.е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным; оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, т.е. иметь, возможно, большее значение свободного объема или сечения насадки; создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу; для этого насадка должна также иметь большие значения или SCB; иметь малую плотность; равномерно распределять орошающую жидкость; быть стойкой к агрессивным средам; обладать высокой механической прочностью; иметь невысокую стоимость. Очевидно, что насадок, которые бы полностью удовлетворяли всем указанным требованиям, не существует, так как соответствие одним требованиям нарушает соответствие другим (например, увеличение удельной поверхности, а насадки влечет за собой повышение гидравлического сопротивления, а также снижение предельно допустимых скоростей газа и т.д.).Изменяя подвод тепла в кубе и подачу флегмы, можно регулировать работу колонны. Температура внизу колонны должна соответствовать температуре кипения остатка, температура наверху колонны - температуре кипения дистиллята. Если, например, содержание высококипящего компонента в дистилляте велико (температура наверху колонны выше нормы), необходимо увеличить подачу флегмы в колонну. При этом, однако, прежнего количества подводимого тепла в кубе будет недостаточно и избыток флегмы не испарится в кубе, а перейдет в остаток, в котором, таким образом, повысится содержание низкокипящего компонента. Поэтому одновременно с увеличением подачи флегмы надо увеличить подвод тепла, чтобы температура внизу колонны не стала ниже нормы.Количества получаемых при разделении из исходной смеси продуктов определяем из уравнения материального баланса. Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определяем из уравнений материального баланса колонны Графическим построением ступеней изменения концентрации между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состава пара y - состав жидкости x (приложение Б) находим N - теоретическое число тарелок. Результаты расчетов представлены на графике (приложение Б) и приведены ниже: Таблица 1 - Результаты расчетов рабочего флегмового числа ? 1,05 1,2 1,4 1,7 2,3 На графике изображены рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны в соответствии с найденным значением R.Количество тепла отданное греющим паром Теплота конденсации r определяется по температуре греющего пара, которая должна быть на 15-20°С [1] выше, чем температура кубового остатка. Количество тепла, поступившее с флегмой Дж/(кг град). на 10-15°С ниже, чем Подставляем данные в формулу (5.4) Количество теплоты, уходящей с паром в верхней части колонныПримем температуру воды на выходе из конденсатора равной 40°С следовательно теплоемкость воды при этой температуре равна 4190Дж/(кг град) [1].. (5.12) кг/с.Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы коло
План
Содержание
Введение
1 Описание технологической схемы
2 Конструкция аппарата
3 Эксплуатация ректификационных установок
4 Материальный баланс
5 Тепловой баланс
5.1 Расход охлаждающей воды в дефлегматоре
6 Конструктивный расчет
6.1 Скорость пара и диаметр колонны
6.2 Высота аппарата
6.3 Гидравлическое сопротивление насадки
6.4 Диаметр штуцеров
6.5 Масса аппарата
6.6 Подбор тарелок
6.7 Подбор опоры аппарата
Заключение
Список использованных источников
Введение
насадочный ректификационная колонна
Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Процесс перегонки был известен еще в древности. Он получил значительное развитие в средние века, когда научились получать этиловый спирт из продуктов брожения крахмала и сахаросодержащих материалов.
Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя так называемый дистиллят; не испаренная жидкость называется остатком. Таким образом, в результате перегонки низкокипящий компонент переходит в дистиллят, а высококипящий - в остаток.
Описанный процесс, называемый простой перегонкой, не дает, однако, возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки - ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.
Оба компонента являются летучими и потому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого низкокипящего компонента. Поскольку он вследствие большей летучести испаряется в большей степени, то пары обогащены им по сравнению с содержанием его в исходной смеси. Таким образом, в дистилляте содержание компонента с более низкой температурой кипения выше, чем в исходной смеси, а в остатке, наоборот, содержание его ниже, чем в исходной смеси. В описанном явлении и заключается основное отличие перегонки от выпаривания. При выпаривании, как указывалось, один из компонентов (растворенное вещество) нелетуч, и в пары переходит только летучий компонент (растворитель).
В настоящее время перегонка и ректификация широко распространены в химической технологии и применяются для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеводородных газов и др.). Однако при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, при извлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленных растворов, разделении смесей близкокипящих компонентов в ряде случаев может оказаться более целесообразным применение экстракции.