7.2.4 Описание схемы процесса непрерывной ректификации

Ректификацию обычно проводят в установках непрерывного действия. Для проведения ректификации колонны должны быть снабжены дополнительным оборудованием (рисунок 7.17).

Т

Потоки:	Оборудование:
В4 – В4– вода оборотная (подача); Т7 – Т7– насыщенный водяной пар; С1 – С1– исходная смесь; D2 – D2– пары дистиллята; D1 – D1– дистиллят; К1 – К1– кубовый остаток; В5 – В5– вода оборотная	КР – колонна ректификационная; Д – дефлегматор; К – кипятильник; П – подогреватель; Х – холодильник; Р – распределитель; Е1-3 – емкость; Н – насос; КО1-2 – конденсатоотводчик

Рисунок 7.17 – Схема ректификационной установки

непрерывного действия

арелку, на которую подают смесь, называют питающей. Питающая тарелка делит колонну на две части: верхнюю – укрепляющую (происходит обогащение поднимающихся паров низкокипящим компонентом) и нижнюю – исчерпывающую (удаление из пара низкокипящего компонента). Поток пара, поднимающегося по ректификационной колонне, поддерживается испарением части кубовой жидкости в кипятильнике, а поток жидкости, текущий по колонне сверху, – возвратом части флегмы, образующейся при конденсации выходящих паров в дефлегматоре. Дефлегматор находится выше колонны или внутри ее. Образующаяся в нем флегма стекает обратно на верхнюю тарелку колонны. Стекающая флегма непрерывно обогащается высококипящим компонентом, а поднимающиеся пары – низкокипящим компонентом. В результате выходящий из колонны пар состоит почти целиком из низкокипящего компонента. Часть конденсата этого пара в виде флегмы идет на орошение колонны, другую часть – дистиллят  отбирают как готовый продукт.

Конструкция ректификационных колонн аналогична абсорбционным колоннам. Ректификационные колонны также бывают насадочные, тарельчатые и пленочные.

7.2.5 Расчет ректификационной установки непрерывного

действия для разделения бинарных смесей

З

x_F, x_d, x_w – cодержание ЛК в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно (мольные доли); х, у – рабочие

концентрации, (мол); G_F, G_d, G_w – производительность колонны по исходной смеси, дистилляту и кубовому остатку соответственно (кмоль/с)

Рисунок 7.18 – К расчету ректификационных колонн

адача расчета сводится к определению основных размеров колонны (диаметра, высоты), характеристик и размеров элементов внутреннего устройства (тарелок, колпачков, насадки), материальных потоков и затрат тепла (рисунок 7.18).

При расчете ректификации принимается, что:

1) исходная смесь подается в аппарат при температуре кипения;

2) смесь бинарная А+В;

3) удельные теплоты парообразования примерно равны: r_A = r_B, (если бы r_B > r_A, то расход пара увеличился бы, т.к. при конденсации компонента В выделялось бы больше количества тепла, чем для испарения 1 кмоль компонента А);

4) процесс в колонне адиабатический;

5) куб колонны и дефлегматор не обладают разделяющими свойствами:

а) пар, подающийся из куба, равен составу кубовой жидкости;

б) состав дистиллята равен составу пара, приходящего в дефлегматор.

Порядок расчета:

а) определение равновесных зависимостей:

 ;

– представление справочных данных в форме таблиц;

– построение диаграмм состояния Р–х(у), t–х(у), х–у;

б) определение материальных потоков:

– по потокам

; (7.22)

– по легколетучему компоненту

; (7.23)

– для верхней части колонны

; (7.24)

, (7.25)

где D – количество паров, поднимающихся по колонне;

– уравнение рабочей линии верхней части колонны:

, (7.26)

где R – флегмовое число определяемое,

. (7.27)

Уравнение (7.26) представляет собой уравнение прямой

,

где ;

.

Прямая строится по двум точкам (рисунок 7.19). Первая точка лежит на диагонали квадрата с координатой х = х_d. Вторая точка отсекает на оси y отрезок ОВ;

– для нижней части колонны:

. (7.28)

Удельный расход исходной смеси определится как

;

уравнение рабочей линии нижней части колонны:

, (7.29)

где f – количество питания, приходящееся на один кмоль дистиллята

.

Уравнение (7.29) представляет собой уравнение прямой .

Первая точка лежит на рабочей линии для верхней части колонны при значении х=х_F. Вторая точка лежит на диагонали квадрата с координатой х=х_W (рисунок 7.20);

в) определение геометрических размеров:

– диаметр ректификационной колонны определяется из уравнения расхода

,

где w₀ – фиктивная скорость газа, т.е. скорость, отнесенная к полному сечению колонны, м/с;

– высота ректификационной колонны с числом тарелок n и расстоянием между тарелками h (значение h=0,2 до 0,6 м);

– общая высота колонны;

– высота тарельчатой части;

h_в и h_н – расстояния над тарельчатой и подтарельчатой частями колонны;

г) определение оптимального флегмового числа R.

При увеличении значения числа R высота ОВ (см. рисунок 7.19) уменьшается, следовательно, рабочая линия для верхней части колонны смещается вниз, что приводит к уменьшению числа теоретических ступеней. То есть . При расход дистиллята , в этом случае колонна работает «на себя» – количество жидкости, поступающей в колонну, будет максимальным, так как нет отбора дистиллята и вся жидкость (флегма) возвращается в колонну.

П

Рисунок 7.21 – К определению оптимального флегмового числа

ри уменьшении флегмового числа разделение возможно только в колонне бесконечно большой высоты. При этом расходы теплоты в кубе и конденсаторе будут наименьшими. Следовательно, необходимо искать оптимальное флегмовое число (рисунок 7.21), что осуществляется с помощью технико-экономического расчета. Задача технико-экономического расчета – минимизировать функции затрат в зависимости от значения числа R.