|
|
|
2 Описание конструкции и принципа действия ректификационной колонны
Для непрерывного протекания процесса ректификации необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с большей концентрацией труднолетучего (высококипящего) компонента, чем в смеси.
На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости ‒ путем испарения части жидкости в нижней части колонны.
Тарельчатая
ректификационная колонна цельносварного
исполнения выстой H = 21,87 м и диаметром
,
изображенная на рисунке 2.1, представляет
собой цилиндрический корпус 1, к которой
приварена крышка и днище, высота
эллиптического днища
= 0,39 м. Колонна установлена на цилиндрической
опоре 8, высота которой
= 2,0 м. Колонна имеет 36 тарелок, высота
тарельчатой части составляет
= 14,8 м, межтарельчатое расстояние
= 0,4 м, а в месте установки люков
= 0,8 м. Высота кубовой части колонны
составляет
= 2,8 м, сепарационной соответственно
= 1,6 м.
Внутри колонны
смонтированы контактные устройства.
По расчетам, выполненным в 4 разделе,
для колонны диаметром 1,4 м, приняты к
использованию ситчатые тарелки исполнения
2 с относительным свободным сечением
тарелки
= 12,01 %, высотой сливного порога
= 0,03 м, периметром слива
= 0,84 м, обозначенные на рисунке позициями
3 и 4. Устройство ситчатых тарелок
приведено на рисунке 2.2. Ситчатые тарелки
применяются как для ректификации чистых
(не содержащих взвесей) жидкостей, так
и для смесей, содержащих взвешенные
твердые частицы небольшого диаметра.
Преимущественно они употребляются для
колонн малого размера, так как при
диаметрах более 2,5 м распределение
жидкости на тарелке становится
неравномерным.
Достоинствами ситчатых тарелок являются: простота; большое свободное сечение, следовательно, высокая производительность по газу (пару); малая металлоемкость; малое гидравлическое сопротивление; удобство очистки,
промывки и ремонта. К недостаткам этих тарелок следует отнести необходимость точного регулирования заданного режима (особенно по расходу газа) и чувствительность к осадкам и отложениям, забивающим отверстия.
Исходная смесь из емкости, подогретая
в теплообменнике до температуры
= 35 °C подается на тарелку питания через
штуцер А c условным проходом 42 мм. Кубовый
остаток отводится через штуцер Е с
условным проходом 65 мм. Штуцер Б с
условным проходом 40 мм используется
для возврата флегмы в колонну. Штуцер
В с условным проходом 400 мм используется
для отвода паров дистиллята и флегмы.
Исходная жидкая смесь состава
= 0,671 кмоль/кмоль с температурой
=
35°C, нагретая в теплообменнике до
температуры
= 102,3 °C, непрерывно поступает на пятнадцатую
тарелку снизу, так называемую –
питательную тарелку, исчерпывающей
части колонны. На питательной тарелке
жидкость смешивается с флегмой состава
= 0,984 кмоль/кмоль из укрепляющей части
колонны, имеющей температуру
= 100,03 °C, и, стекая по тарелкам, взаимодействует
с поднимающимся навстречу паром, имеющим
среднюю температуру в исчерпывающей
части колонны
= 107,7 °C и в укрепляющей
= 101,3 °C, более богатым труднолетучим
(высококипящим) компонентом, при этом
из жидкости удаляется легколетучий
(низкокипящий) компонент.
Таким образом, в исчерпывающей части
колонны происходит процесс ректификации
(исчерпывания) жидкости. Средняя
температура жидкости в укрепляющей
части колонны
=
101 °C, а в исчерпывающей
=
105,36 °C. В нижний элемент колонны стекает
жидкость, состоящая почти целиком из
труднолетучего компонента. Часть ее,
так называемый кубовый остаток состава
=
0,175 кмоль/кмоль с температурой
= 110,8 °C, непрерывно отводится на циркуляцию,
а остальная часть поступает в трубное
пространство кожухотрубчатого
теплообменника, где охлаждается и
выводится из системы.
Пар поднимается по всей колонне снизу-вверх, обогащается легколетучим компонентом и поступает в дефлегматор. Здесь часть пара конденсируется и возвращается в колонну, где стекает в виде флегмы состава = 0,984 кмоль/кмоль сверху вниз. Другая часть пара с температурой = 100,03 °C, сконденсировавшись в виде дистиллята состава = 0,984 кмоль/кмоль, поступает в трубное пространство кожухотрубчатого теплообменника, где охлаждается водопроводной водой, температурой 19 °C, и поступает в сборную емкость, а затем направляется на дальнейшую переработку.
1 – корпус; 2 – тарелки; 3 – цилиндрическая опора.
Штуцера: А – для подвода питания; Б – для входа флегмы; В – для выхода пара флегмы и дистиллята; Г – для входа парожидкостной смеси из испарителя; Д – для выхода кубового остатка на циркуляцию (в испаритель); Е – для выхода кубового остатка
Рисунок 2.1 – Тарельчатая ректификационная колонна
ɑ –схема устройства колонны; б – схема работы тарелки; 1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – переливная труба; 4 – стакан
Рисунок 2.2 – Ситчатая колонна