Основы процесса ректификации и расчета ректификационных колонн. Схема работы и виды колпачковых тарелок. Принципиальная схема процесса ректификации. Тепловой расчёт установки. Расчет тарельчатой ректификационной колонны. Подробный расчет дефлегматора.
Аннотация к работе
Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру кипения и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низко кипящий компонент, а из паров конденсируется высоко кипящий компонент, переходящий в жидкость. Такой двусторонний обмен компонентами повторяемый многократно, позволяет по лучить в конечном итоге пары представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися парами.В соответствии с рисунком 1 при периодической ректификации смесь загружается в куб 1 и нагревается паром, проходящим через змеевик 2. После того, как смесь в кубе закипит, образующиеся пары начинают поступать в колонну 3, оттуда по трубе 4 направляются в дефлегматор 5, где конденсируются. Часть конденсата (флегма) по трубе 6 стекает обратно в колонну, другая часть (дистиллят) по трубе 7 поступает в холодильник 8 и отсюда отводится в приемник дистиллята. При таком процессе в колонне происходит укрепление паров, а в кубе - исчерпывание смеси. Исчерпывание продолжается в течении некоторого времени, когда достигается требуемый состав смеси, операция заканчивается и остаток отводится из куба.Взаимодействие жидкости и пара осуществляется в колоннах путем барботирования пара через слой жидкости на тарелках или же путем поверхностного контакта пара и жидкости на насадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой. Разработаны также конструкции аппаратов для ректификации, в которых интенсификация процесса разделения достигается под действием центробежной силы (центробежные ректификаторы). На рисунке 3 схематически изображена колонна небольшого диаметра, состоящая из тарелок 1, на каждой из которых имеется один колпачок 2 круглого сечения и патрубок 3 для прохода пара. Благодаря этому на тарелке создается гидравлический затвор, и пар, выходящий из колпачка, должен проходить через слой жидкости, находящийся на тарелке.Схема работы колпачковой тарелки изображена на рисунке 4. Выходящие через прорези колпачки пузырьки пара сливаются в струйки, которые проходят через слой жидкости, находящейся на тарелке, и над жидкостью образуется слой пены и брызг, - основная область массообмена и теплообмена между паром и жидкостью на тарелке. При движении струйки пара обычно сливаются друг с другом; при этом некоторая часть сечения прорезей обнажается и образуются каналы, по которым газ проходит изпод колпачка сквозь жидкость. Основная зона фазового контакта находится в области пены и брызг над жидкостью, которые образуются вследствие распыления пара в жидкости и уноса брызг при трении пара о жидкость.Для создания достаточной поверхности соприкосновения между паром и жидкостью на тарелках обычно устанавливают не один, а большое число колпачков, как на рисунке 5. Колпачки располагают на близком расстоянии друг от друга (равен в среднем 1,5 диаметра колпачка) с тем, чтобы пузырьки, выходящие из соседних колпачков, прежде чем принять вертикальное направление движения, могли бы сталкиваться друг с другом. Тарелки первого типа представляют собой вырезанные из стального листа диски 1 и 2, которые крепятся на болтах 7 и прокладках 8 к опорному кольцу 3. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийным переливным трубкам 5, течет к центру и сливается на следующую тарелку по центральной переливной трубке 6, затем снова течет к периферии и т.д. В соответствии с рисунком 6 тарелки этого типа представляют собой срезанный с двух сторон диск 1, установленный на опорном листе 2, с одной стороны тарелка ограничена приемным порогом 3, а с другой стороны - переливным порогом 5 со сменной гребенкой 6, при помощи которой регулируют уровень жидкости на тарелке.Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различие соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо-и теплопереноса) осложняет его расчет. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Исходную смесь из промежуточной емкости центробежным насосом 10 подают в теплообменник 5, где она подогревается кубовой жидкостью, а затем попадает в догреватель 11, где и доводится до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2.Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара - со
План
Содержание
Введение
1.Аналитический обзор
1.1 Конструкции ректификационных колонн
1.2 Схема работы колпачковых тарелок
1.3 Виды колпачковых тарелок
2. Технологическая часть
3. Инженерные расчеты
3.1 Равновесные данные
3.2 Материальный баланс
3.3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости
3.4 Тепловой расчет установки
3.5 Гидравлический расчет
3.5.1 Расчет скорости пара и диаметра колонны
3.5.2 Расчет высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
3.5.3 Брызгоунос
3.5.4 Захлебывание
3.5.5 Определение кинетических параметров
3.5.6 Локальная эффективность тарелки
3.5.7 Расчет высоты колонны
3.5.8 Определение высоты колонны и гидравлического сопротивления
3.6 Подробный расчет дефлегматора
3.6.1 Температурная схема процесса
3.6.2 Выбор теплообменника
3.6.3 Расчет коэффициентов теплоотдачи
3.6.4 Термическое сопротивление стенки и загрязнений
3.6.5 Метод итераций
3.6.6 Уточнение коэффициентов теплопередачи и поверхности теплоотдачи
Выводы
Список использованной литературы
Приложения
Приложение 1
Введение
В данной курсовой работе рассматривается процесс ректификации, осуществляющийся непрерывно при атмосферном давлении. Ректификация представляет собой процесс многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Процесс осуществляется путем контакта потоков пара и жидкости, имеющих различную температуру кипения и проводится обычно в колонных аппаратах. При каждом контакте из жидкости испаряется преимущественно низко кипящий компонент, а из паров конденсируется высоко кипящий компонент, переходящий в жидкость.
Такой двусторонний обмен компонентами повторяемый многократно, позволяет по лучить в конечном итоге пары представляющие собой почти чистый низкокипящий компонент. Эти пары после конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят и флегму - жидкость, возвращаемую для орошения колоны и взаимодействия с поднимающимися парами. Пары получают путем частичного испарения снизу колоны остатка, являющегося почти чистым высококипящим компонентом.
Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ее все шире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (производство полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).
Расчет ректификационной колонны сводится к определению ее основных геометрических размеров - диаметра и высоты. 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 насадки.
В данном курсовом проекте выполняется проектная разработка аппаратуры ректификационной установки с технологическими, тепловыми и гидравлическими расчетами.
«Аналитический обзор» работы содержит информацию об основах процесса ректификации и расчета ректификационных колонн.
В «Технологической части» приведена принципиальная схема процесса ректификации.
В «Инженерном расчете» в соответствии с заданием произведен расчет тарельчатой ректификационной колонны.