15

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………......………….....5

1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ………………...............………....6

2 РАСЧЕТ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ…………..............……….9

2.1 Выбор тепловой схемы установки………….……..……….......…….….....9

2.2 Материальный баланс процесса ректификации………………….............10

2.3 Молярные концентрации низкокипящего компонента……….................11

2.4 Построение фазовой диаграммы и диаграммы равновесия..…................11

2.5 Расчет флегмового числа……………………………………………..........13

2.6 Определение числа тарелок в колонне.......................................................14

2.7 Конструктивный расчет колонны................................................................16

2.8 Гидравлический расчет колонны.................................................................23

2.9 Тепловой баланс колонны............................................................................26

2.9.1 Приход тепла..............................................................................................26

2.9.2 Расход тепла...............................................................................................27

2.10 Тепловой баланс дефлегматора.................................................................28

2.11 Тепловой баланс охладителя готового продукта.....................................29

2.12 Тепловой баланс подогревателя исходной смеси....................................30

2.13 Тепловой баланс конденсатора готового продукта.................................31

2.14 Тепловой баланс подогревателя кубовым остатком................................32

3 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ..................................................................34

3.1 Конструктивный расчет дефлегматора.......................................................34

3.2 Конструктивный расчет охладителя готового продукта...........................37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................42

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК........................................................................................43

ВВЕДЕНИЕ

Ректификация называемая часто перегонкой, пред­ставляет собой такой термический процесс разделения жидких смесей на их составные части, в котором из кипящей смеси выделяются пары, содержащие те же компоненты, но в другой пропорции. Обычно в парах процент содержания легкокипящих компонентов, имеющих более низкую температуру кипения при данном давлении, больше, чем в самой жидкой смеси. Ректификацией называют перегонку одной и той же смеси с многократными частичными конденсацией и сепарацией паров.

Ректификационные установки получили широ­кое применение в пищевой, нефтяной, химической и ряде других отрас­лей промышленности.

Путем перегонки смесей выделяют, например, в чистом или концен­трированном виде следующие продукты: этиловый спирт, бензол, уксус­ную кислоту, газы при крекинге, продукты переработки нефти– хлоропрен, нитротолуол, продукты хлорирования бензола, анилиновую воду, аммиак и многие другие промежуточные продукты и отходы различных производств. При перегонке могут разделяться как многокомпонентные, так и бинарные (состоящие из двух компонентов) смеси. В данном курсовом проекте рассматривается разделение бинарной смеси этиловый спирт–вода.

1 Краткое описание технологического процесса в ректификационной установке

Практическое осуществление многократной дистилляции и дефлегмации (частичной конденсации путем поверхностного охлаждения) требует большого числа громоздких, неэкономичных аппаратов. Поэтому на практике применяют принцип многократной частичной конденсации и сепарации путем ректификации, т.е. многократного тепло- и массообмена без ограничительной стенки, в одном аппарате– ректификационной колонне.

Р исунок 1.1– Принципиальная схема ректификационной колонны и процесс ректификации на t-x диаграмме

На рис. 1.1 показаны схемы и процессы тепло- и массообмена на t-х диаграмме в упрощенной ректификационной колонне с тремя тарелками, которые имеют по одному колпачку (в действующих колоннах иногда устанавливают более 300 колпачков на тарелке) [1]. Иногда вместо тарелок колонна имеет сита или заполняется насадкой из колец Рашига.

Рассмотрим по рис. 1.1 совместно принцип работы ректификацион­ной установки и происходящие в ней процессы тепло и массообмена. В перегонном кубе I за счет подвода тепла происходит испарение бинарной смеси. Пары смеси поднимаются в ректификационной колонне, а навстречу им из дефлегматора III стекает некоторая часть дистиллята, которая носит название флегмы. Пары на выходе из ректификационной колонны II с параметрами точки 8 (на t-х диаграмме) поступают в дефлегматор III, в котором они частично конденсируются за счет отдачи тепла подаваемой в него воде (процесс идет по линии 8–c₁). Парожидкостная эмульсия с параметрами, соответствующими точке с₁ поступает в сепаратор IV; в нем происходит отделение пара с парамет­рами точки 10 от жидкости (флегмы), параметры которой определяются точкой 9. Отсепарированный пар поступает в конденсатор V, где он пол­ностью конденсируется до состояния точки 11 и в виде готового продук­та (ректификата) поступает в сборный бак VI.

Процесс тепло- и массообмена на верхней тарелке протекает в сле­дующем порядке: жидкость (флегма), получающаяся в сепараторе IV, с параметрами точки 9 вступает в контакт с парами состояния точки 6, поступающими с предшествующей по ходу пара нижней тарелки; при этом происходит частичная конденсация паров до состояния с₂ и после­дующая их сепарация, в результате которой образуются пар состояния 8 и флегма состояния 7. Эта флегма по опускной трубе сливается на ниж­нюю тарелку и вступает в контакт с парами состояния 4. После сепара­ции образуются флегма состояния 5 и пары состояния 6 и т. д. Надеж­ное контактирование флегмы с парами осуществляется благодаря наличию на тарелках колпачков с прорезями в виде зубцов на нижней кромке, через которые проходят пузырьки пара при движении их с ниж­ней тарелки на верхнюю.

Таким образом, ректификация представляет собой процессы тепло- и массообмена при непосредственном смешении жидкой смеси (флегмы) с парами при их многократной частичной конденсации и сепарации. В процессе ректификации флегма, опускаясь и вступая в тепло- и массообмен с парами, поднимающимися по колонне, испаряется за счет тепла конденсации паров и при этом обедняется легкокипящим компонентом, но обогащается высококипящим компонентом за счет частичной конден­сации паров; пары же, наоборот, поднимаясь, обогащаются легкокипя­щим компонентом за счет испарения его из флегмы и обедняются высо­кокипящим компонентом. В результате такого массообмена возможна глубокая разгонка бинарных и многокомпонентных смесей.

Количество флегмы в килограммах, приходящееся на 1 кг пара в любом рассматриваемом сечении колонны, называется флегмовым числом. В расчетах по всей колонне принимают постоянное флегмовое число. В действительности оно может изменяться в зависимости от ин­тенсивности процессов тепло- и массообмена на отдельных тарелках.

Представленные на t-x диаграмме процессы ректификации возмож­ны только при переменных для различных тарелок количествах флегмы. Это следует из рассмотрения диаграммы, представленной на рис. 1.1, из которой видно, что отношение отрезков, соответствующих количест­вам флегмы и пара (флегмовые числа), для отдельных ступеней раз­личны.

Характеристика процессов на отдельных тарелках может изменять­ся также в зависимости от режима работы колонны.