ПАХТ / ПАХТ - Курсовое проектирование / Курсовой проект №Р30-16

1

Введение

Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции.

Преимущества непрерывной ректификации:

в ходе процесса работы установки ее условия не меняются, на основании чего представляется возможной установка точного режима,

упрощение обслуживания, а также облегчение автоматизации процесса;

между операциями отсутствуют простои, в результате чего повышается производительность установки;

тепловые расходы более низкие, причем представляется возможным использование остатков тепла для того, чтобы подогревать в теплообменнике исходную смесь.

Расчёт ректификационной колонны сводится к определению её основных геометрических размеров – диаметра и высоты. Оба параметра в значительной мере определяются гидродинамическим режимом работы колонны, который зависит от скоростей и физических свойств фаз, а также типа и размеров насадок.

Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этому наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объёма аппарата, его стоимость) ряд требований может определяться спецификой производства:

большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам,

способностью тарелок работать в среде загрязнённых жидкостей,

возможностью защиты от коррозии. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе.

4

Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом конкретного устройства (тарелки),

физическими свойствами взаимодействующих фаз.

Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инкрустирующих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках.

Расчёт теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей.

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а

холодильники – для охлаждения (водой или другими нетоксичными,

непожаро- и невзрывоопасными хладоагентом) жидких и газообразных сред.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счёт теплоты конденсации пара.

В кожухотрубчатых испарителях в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный,

парообразный, парогазовый или парожидкостной теплоноситель.

В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин.

Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладкам между ними образуются каналы для поочерёдного прохода горячего и холодного теплоносителей.

5

1 Описание схемы установки

Схема ректификационной установки представлена на рисунке 1.

1 – ёмкость для исходной смеси; 2,9,12 – насосы; 3 – теплообменник-

подогреватель (пластинчатый подогреватель (конденсатор)); 4 – кипятильник

(кожухотрубчатый испаритель); 5 – ректификационная колонна; 6 –

дефлегматор (кожухотрубчатый конденсатор (дефлегматор)); 7 –

холодильник дистиллята (кожухотрубчатый конденсатор (дефлегматор)); 8 –

ёмкость для сбора дистиллята; 10 – холодильник кубовой жидкости

(Кожухотрубчатый конденсатор (дефлегматор)); 11 – ёмкость для кубовой жидкости

Рисунок 1 – Схема ректификационной установки

Исходную смесь (вода – уксусная кислота) из промежуточной ёмкости для исходной смеси Е-1 центробежным насосом подают в теплообменник-

подогреватель П, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая

6

смесь поступает на разделение в ректификационную колонну КР на тарелку питаний, где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике И. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, то есть обеднён труднолетучим компонентом (уксусная кислота). 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), получаемой в дефлегматоре Д путём конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора Д в виде готового продукта разделения дистиллята, который охлаждается в теплообменнике

(холодильнике дистиллята) К-1 и направляется в промежуточную ёмкость для сбора дистиллята Е-3.

Из кубовой части колонны насосом непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащённый легкоолетучим компонентом (вода),

который охлаждается в теплообменнике (холодильник кубовой жидкости) К- 2 и направляется в ёмкость для кубовой жидкости Е-2.

В ректификационной колонне КР осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят

(с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовой остаток

(обогащённый труднолетучим компонентом).

7

2 Расчёт тарельчатой ректификационной колонны

непрерывного действия

Исходные данные:

Тип ректификационной колонный – тарельчатая;

Разделяемая смесь Вода – Уксусная кислота;

Производительность установки по исходной смеси 7500 кг/ч (2,083

кг/с);

Концентрация низкокипящего компонента в исходной смеси 58%

массовых (0,58 мольные);

Концентрация низкокипящего компонента в дистилляте 97,0%

массовых (0,97 мольные);

Концентрация низкокипящего компонента в кубовом остатке 3,0%

массовых (0,03 мольные);

Давление греющего пара – принять (0,3 МПа);

Рабочее давление – атмосферное (0,1 МПа);

Температура исходной смеси – 18˚С.

2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число

Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W

из уравнений материального баланса колонны:

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости

определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение найти путём технико-экономического расчёта. Ввиду отсутствия надёжной

легколетучего компонента в паре, находящийся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.

Обычно коэффициент избытка флегмы, при котором достигается оптимальное флегмовое число, не превышает 1,3. Один из возможных приближённых методов расчёта R заключается в нахождении такого флегмового числа, которому соответствует минимальное произведении

N(R+1), пропорциональное объёму ректификационной колонны (N – число ступеней изменения концентраций или теоретических тарелок,

определяющее высоту колонны, а R+1 – расход паров, и сечение колонны).

Определение R. Пересчёт составов фаз из массовых долей в мольные:

где и – молекулярные массы соответственно воды и уксусной

кислоты, кг/кмоль [5], – массовая доля вещества.

Задавшись различными значениями коэффициентов избытка флегмы ,

определить соответствующие флегмовые числа. Графическим построением ступеней изменения концентраций между равновесной и рабочими линиями на диаграмме состав пара y – состав жидкости x найти N. Равновесные данные для различных систем приведены в справочнике. Результаты

расчётов рабочего флегмового числа:

9

Минимальное произведение N(R+1) соответствует флегмовому числу

R=3,5. При этом коэффициент избытка флегмы . Рабочие линии и ступени изменения концентраций для верхней (укрепляющей) и

нижней (исчерпывающей) части колонны изображены в соответствии с

10