1. Технологическая схема и ее описание

Рис. 1 - Принципиальная схема ректификационной установки

1 – емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна;

4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка.

Исходную смесь из емкости 1 центробежным насосом подают в теплообменник 2, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификацион­ную колонну 3, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_F . Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, обра­зующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х_Р, получаемой в дефлегматоре 5 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8. Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 9.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легко­летучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

1.1 Выбор конструкционного материала аппарата

При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Важно учитывать все виды возможного коррозийного разрушения материалов в агрессивной среде при ее заданных рабочих параметрах. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала, характеризующегося проницаемостью П_М мм/год.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря по толщине материала на коррозию учитывается соответствующей прибавкой С, определяемой амортизационным сроком службы аппарата и проницаемость по формуле:

С=П_М·t_а,

где П_М ≤ 0,1 мм/ год

t_а – амортизационный срок, примем t_а=10 лет.

С=10·0,1=1 мм

Материал деталей колонны, соприкасающихся с сероуглеродом и четыреххлористым углеродом – сталь марки Х17Н13М2Т ГОСТ 3632-72 [1, с. 534] (корпус аппарата, днища, люки).

Материал прочих сборочных единиц – сталь 3 ГОСТ 380-71. Материал прокладок – паронит ПОН-1 ГОСТ 481-80.

2. Технологический расчет

2.1 Материальный баланс.

Зная производительность колонны и необходимые концентрации, определим недостающие данные, т. е. Производительность по дистилляту и по кубовому остатку(G_W и G_D), на основании уравнений материального баланса.

где - содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Отсюда найдем:

Пересчитаем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению

где М_cs2иМ_ccl4 - молекулярные массы соответственно сероуглерода и четыреххлористого углерода , кг/кмоль.

Низкокипящий компонент (легколетучий) – сероуглерод

Высококипящий компонент (труднолетучий) –четыреххлористый углерод

По диаграмме y-xнаходим при соответствующем значении, таким образом= 0.7, где- концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси).

Относительный мольный расход

Тогда:

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R.R_опт определяют, используя приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы . Один из возможных приближенных методов расчетаR заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведение N(R+1), пропорциональное объему ректификационной колонны.

При β =1,05, R=1.05×1,05=1,10

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =1.25, R=1.25×1.05=1.31

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =1.5, R=1.5×1.05=1.58

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =1.75, R=1.75×1.05=1.84

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =2, R=2×1.05=2.10

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =2.5, R=2.5×1.05=2.63

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

При β =3.0, R=3.0×1.05=3.15

Уравнение рабочей линии верхней укрепляющей части колонны

Уравнение рабочей линии нижней укрепляющей части колонны

β	1,05	1,25	1,5	1,75	2	2,5	3
R	1,10	1,31	1,58	1,84	2,10	2,63	3,15
N	22,3	15,8	13,2	11,6	10,9	9,5	9,8
N(R+1)	46,91	36,55	34,01	32,93	33,81	34,46	40,69

График зависимости N(R+1) от R. Определение рабочего флегмового числа.

Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу R=1.84;При этом коэффициент избытка флегмы β = 1,75.

Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:

где M_D и M_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси;

М_В и М_Н - средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – четыреххлористый углерод. Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

где М_cs2 иМ_ccl4 - мольные массы четыреххлористого углерода и толуола;

х_ср.в и х_ср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны:

Тогда

Мольная масса исходной смеси

Подставив, получим:

кг/с

кг/с

Средние массовые потоки пара в верхней G_В и нижней G_Н частях колонны соответственно равны:

Здесь и- средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

где

Тогда

Подставив, получим: