47

Тема 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки). Пары при движении вверх обогащаются низкокипящим (летучим), а жидкость, опускаясь вниз – высококипящим (нелетучим) компонентом. Это происходит за счет многократного контакта фаз, а насадка или тарелки предназначены для развития поверхности этого контакта.

Ректификационная установка включает в себя следующие элементы (рисунок 3.1): колонна, подогреватели исходной смеси, кипятильник, дефлегматор, разделитель (сепаратор), конденсатор–холодильник, вспомогательное оборудование. При проектировании ректификационной установки наиболее важным является расчет колонны, который в итоге сводится к определению основных ее размеров – диаметра и высоты.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема ректификационной установки

I – ректификационная колонна (Iа – укрепляющая часть, Ib – исчерпывающая часть, Iс – кубиспаритель), II – дефлегматор, III – сепаратор, IV – конденсатор - холодильник, V – сборный бак готового продукта (дистиллята), VI – подогреватель исходной смеси кубовым остатком, VII – подогреватель исходной смеси паром, VIII – сборный бак кубового остатка

48

Наибольшее распространение в промышленности нашли насадочные и тарельчатые (барботажные) ректификационные колонны. Насадочные ректификационные колонны конструктивно и по методике теплового, гидравлического и конструктивного расчетов сходны с насадочными скрубберами (смесительными аппаратами). Наполняются они обычно кольцами Рашига.

Тарельчатые ректификационные колонны отличаются большим гидравлическим сопротивлением парового тракта. Поэтому их целесообразно применять, когда ректификация ведется при повышенном давлении.

Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств (колпачковая с круглыми, с прямоугольными колпачками, ситчатая, клапанная с круглыми и прямоугольными клапанами, колпачково-ситчатая, решетчатая, дырчатая, трубчатая и т.д.) затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При выборе тарелки следует учитывать важнейшие показатели процесса, например, такие как: нагрузки по жидкости и газу (большие, малые), большая область устойчивой работы, малое гидравлическое сопротивление, малый брызгоунос, малый запас жидкости, малое расстояние между тарелками и т.д. Методика выбора оптимального варианта тарелки с учетом вышеперечисленных показателей процесса приведена в [2].

3.1 Материальный баланс процесса ректификации

При расчете процесса ректификации [7] используются следующие обозначения:

G f , Gd , Gw - расход исходной смеси, готового продукта (дистиллята) и кубового остатка; a f , ad , aw - массовое содержание летучего компонента в исходной смеси, готовом продукте и кубовом остатке, соответственно.

Как правило, при расчетах процесса ректификации известны все три концентрации и один из расходов смеси. Поэтому составляется система уравнений материального баланса, из которых определяется недостающие составляющие.

где D - расход греющего пара (искомая величина); iп и iк - энтальпия греющего пара и его конденсата (определяются по давлению пара из таблиц во-

где R - флегмовое число; Gd R - расход флегмы в колонну (определение флегмового числа и расхода флегмы смотри п.п. 3.3); td - температура насыще-

ния в зависимости от содержания летучего в парах, выходящих из колонны (то

понента определяются из таблицы или номограммы [8] в зависимости от td .

тура удаляемого из кипятильника (куба-испарителя) кубового остатка, находится как температура насыщения по aw ;