Реферати українською » Химия » Розрахунок ректифікаційної колони


Реферат Розрахунок ректифікаційної колони

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Зміст

 

1. Завдання проектування

2. Теоретична частина

3. Схема ректифікаційної колони

4. Розрахунок ректифікаційної колони

4.1 Матеріальний баланс. Рівняння робочих ліній

4.2 Визначення швидкості пара і діаметра колони

4.3 Гидравлический розрахунок тарілок

4.4 Визначення числа тарілок і висоти колони

4.5 Тепловий розрахунок установки

Висновок

Список використаних джерел


1. Завдання проектування

Рассчитать і спроектувати колону ректифікації (тарельчатую) потреби ділити суміші оцтової кислоти – вода що надходить у кількості 10 т дизпалива на годину. Склад вихідної суміші 10% (мас.) оцтової кислоти і 90% (мас.) води. Требуемое зміст оцтової кислоти в дистилляте 0,5% (мас.), а кубовому залишку 70% (мас.). Ректификация виробляється під атмосферному тиску. Греющий пар має тиск Рхат=3 атм.

Технічна характеристика

1. Апарат призначений потреби ділити суміші оцтової кислоти – вода концентрацією 10% (мас).

2. Греющий пар має тиск Р=3атм.

3. Температура середовища в кубі до 105°С.

4. Середовище в апараті не токсична.

5. Тип тарілок - ситчатые.

6. Кількість тарілок - 33.

Технічні вимоги

1. При виготовленні, випробування і постачання апарату їх необхідно виконувати вимоги:

А) ГОСТ 12.2.003-74 "Устаткування виробниче. Загальні вимоги безпеки"

Б) ГОСТ 26-291-79 "Сосуды і апарати сталеві зварні. Технічні вимоги"

2. Матеріал тарілок чи частин колони, соприкасающимися з поділюваними рідинами чи його парами, зі сталі Х18НЮТ ГОСТ 5949-75, інші елементи колони зі сталі ВСт Зсп. ГОСТ 380-71.

3. Апарат випробувати на міцність і щільність гідравлічно:

А) в горизонтальному становищі - тиском 0,2 Мпа;

Б) в вертикальному становищі - наливом.

4. Сварные сполуки повинні відповідати вимогам ВІН 26-01-71-68 "Зварювання в хімічному машинобудуванні." Сварку У У розділі ст Зсп. Виробити електродом марки АНО-5-4,5-2 по ГОСТ 9467-75.

5. Сварные шви в 100% контролювати рентгенопросвечиванием.

6. Прокладки з паронита ПОН-1 ГОСТ 481-71.

7. Неуказанный виліт штуцеров 150мм.

8. Розміри для довідок.


2. Теоретична частина

Ректификация є процес багаторазового часткового випаровування рідини конденсації парів. Процес здійснюється шляхом контакту потоків пара і рідини, мають різну температуру, і проводяться зазвичай, у колонных апаратах. При кожному контакті і рідини випаровується переважно низкокипящий компонент, яким збагачуються пари із парів вони вбирають переважно высококипящий компонент, що у рідини. Такий двосторонній обмін компонентами, повторюваний багаторазово, дозволяє їм отримати, зрештою, пари, які становлять майже чистий низкокипящий компонент. Ці пари після конденсації в окремому апараті дають дистилят (ректификат) і флегму – рідина, возвращаемую для зрошення колони і взаємодії з піднімаються нарами. Пара отримують шляхом часткового випаровування знизу колони залишку, що є майже чистим высококипящим компонентом.

Ректификация відома початку ХІХ століття як із найважливіших технологічно процесів переважно спиртової і Тюменської нафтової промисловості. Нині ректифікацію дедалі ширше застосовують у найрізноманітніших галузях хімічної технології, де виділення компонентів в чистому виді спорту має дуже важливого значення (в виробництва органічного синтезу, ізотопів, полімерів, напівпровідників і різних інших речовин високої чистоти).

Процес ректифікації здійснюється шляхом багаторазового контакту між неравновесными рідкої і паровий фазами, рухливими щодо одне одного.

При взаємодії фаз з-поміж них відбувається массо- і теплообмін зумовлені намаганням системи до стану рівноваги. Через війну кожного контакту компонент перерозподіляються між фазами: пар кілька збагачується низкокипящим компонентом, рідина - высококипящим. Багаторазове контактування призводить до практично повному поділу вихідної суміші.

Пристрій ректифікаційних апаратів.

Рис. 1 Ректификационная колона безперервного дії.

1 – колона; 2 – кип'ятильник; 3 – дефлегматор

Отже, відсутність рівноваги (і наявність різниці температур фаз під час руху фаз з певною відносної швидкістю і багаторазовому їх контактированиии є необхідними умовами проведення ректифікації.

Процеси ректифікації здійснюються періодично чи безупинно при різні тисках: при атмосферному тиску, під вакуумом (потреби ділити сумішей висококиплячих речовин), і навіть під тиском більше атмосферного (потреби ділити сумішей, є газоподібними при нормальних температурах).

Для проведення процесів ректифікації застосовують апарати різноманітних конструкцій основні типи яких немає від відповідних типів абсорберов.

У ректифікаційних установках використовують переважно апарати двох типів:

насадочные і тарельчатые ректифікаційні колони. З іншого боку, для ректифікації.

вакуумом застосовують плівкові і роторні колони різних конструкцій

Насадочные, барботажные, і навіть деякі плівкові колони за конструкцією внутрішніх пристроїв (тарілок, насадочных тіл тощо. буд.) аналогічні абсорбционным колонах. Проте на відміну від абсорберов ректифікаційні колони оснастили теплообменными пристроями - кип'ятильником (кубом) і дефлегматором (рис. 1). З іншого боку, зменшення втрат тепла в довкілля ректифікаційні апарати покривають теплової ізоляцією.

Рис- 2. Варіанти установки дефлегматоров

а - на колоні: б - нижче верхи колони;

1 -дефлегматоры; 2 - колони: 3 - насос.

Кипятильник чи куб, призначений для перетворення на пар частини рідини, водою, що з колони, і підвода пара у її нижню частина (під насадки чи нижню тарілку). Кипятильники мають поверхню нагріву як змійовика чи є кожухотрубчатый теплообмінник, вмонтований в нижню частина колони. Зручніші на ремонт заміна виносні кип'ятильники, які нижче колони про те, щоб забезпечити природну циркуляцію рідини.

Дефлегматор, готовий до конденсація парів і подача зрошення (флегмы) колону, є кожухотрубчатый теплообмінник, в межтрубном просторі котрого зазвичай конденсуються пари, а трубах рухається охолоджуючий агент (вода).

Рис. 3. Сетчатая колона.

а - схема устрою колони; б – схема устрою тарілки; 1 - корпус; 2 - тарілка; 3 - переливна труба; 4 - склянку.

Що стосується часткової конденсації парів дефлегматоре його мають безпосередньо над, колоною, щоб забезпечити велику компактність установки, або за колони (рис 2). У цьому конденсат (флегму) з частині дефлегматор подають безпосередньо через гідравлічний затвор на гору колони, позаяк у тому випадку отпадав потреба у делителе флегмы.

Що стосується повної конденсації парів в дефлегматоре його встановлюють вище колони, безпосередньо на колоні або нижчий від верхи колони у тому, аби знизити загальну висоту установки. У разі флегму з дефлегматора 1 подають у колону 2 насосом. Таке розміщення дефлегматора часто застосовують за умови встановлення ректифікаційних колон поза будинків, що як економічно за умов поміркованого клімату.

Барботажные (тарельчатые) колони. (Рис 3). Ці апарати у процесах ректифікації найширше поширені. Вони застосовні для великих производительностей, широкого діапазону зміни навантажень по пару і рідини можуть забезпечити дуже чіткий поділ сумішей Недолік барботажных апаратів – відносне високе гідравлічне опір - до умов ректифікації немає істотного значення. При ректифікації підвищення гідравлічного опору призводить лише до деякому збільшення тиску і підвищенню температури кипіння рідини кипятильнике колони. Однак той-таки недолік зберігає свою значення для процесів ректифікації під вакуумом.

У цих колонах використовують різні види тарілок: ситчатые, колпачковые, провальні, клапанные, пластинчасті та інших.

Ситчатые тарілки. (Рис. 3). Колона з ситчатыми тарілками є вертикальний циліндричний корпус з горизонтальними тарілками, у яких рівномірно на всю поверхню просвердлено дуже багато отворів діаметром 1-5 мм. Газ коли б крізь отвори тарілки і розподіляється в рідини як дрібних струминок і пухирців. Ситчатые тарілки відрізняються простотою устрою, легкістю монтажу, огляду і ремонт. Гидравлическое опір цих тарілок невелика. Ситчатые тарілки стійко працюють досить широкому інтервалі швидкостей газу, причому у певному навантажень за газ і рідина ці тарілки мають високою ефективністю. Разом про те ситчатые тарілки чутливі забруднювачами і опадам, які забивають отвори тарілок.

Колпачковые тарілки.

Менш чутливі до загрязнениям, ніж ситчатые, і вирізняються вищим інтервалом сталої роботи колони з колпачковыми тарілками. Газ на тарілку надходить по патрубкам, розбиваючись потім прорізами ковпачка на велика кількість окремих струменів. Далі газ проходить через шар рідини, перетікає по тарілки від однієї зливного пристрою до іншого.

Рис. 4. Схема роботи колпачковой тарілки

При русі через шар значної частини дрібних струменів розпадається, і газ розподіляється в рідини як пухирців. Інтенсивність освіти піни безпосередньо на колоні або нижчий від верхи колони у тому, аби знизити загальну висоту установки. У разі флегму з дефлегматора 1 подають у колону 2 насосом. Таке розміщення дефлегматора часто застосовують за умови встановлення ректифікаційних колон поза будинків, що як економічно за умов поміркованого клімату.

Барботажные (тарельчатые) колони. (Рис 3). Ці апарати у процесах ректифікації найширше поширені. Вони застосовні для великих производительностей, широкого діапазону зміни навантажень по пару і рідини і може забезпечити дуже чіткий поділ сумішей. Недолік барботажных апаратів – щодо – високе гідравлічне опір - до умов, ректифікації немає істотного значення. При ректифікації підвищення гідравлічного опору призводить лише до певного, підвищенню температури кипіння рідини в кипятильнике колони. Однак той-таки недолік зберігає свою значення для процесів ректифікації під вакуумом.

У цих колонах використовують різні види тарілок: ситчатые, колпачковые, провальні, клапанные, пластинчасті та інших.

Ситчатые тарілки. (Рис. 3).Колона з ситчатыми тарілками є вертикальний циліндричний корпус з горизонтальними тарілками, у яких рівномірно на всю поверхню просвердлено дуже багато отворів діаметром 1-5 мм. Газ коли б крізь отвори тарілки і розподіляється в рідини як дрібних струминок і пухирців ситчатые тарілки відрізняються простотою устрою, легкістю монтажу, огляду і ремонту. Гидравлическое опір цих тарілок невелика. Ситчатые тарілки стійко працюють у досить широкому інтервалі швидкостей газу, причому у певному навантажень за газ і рідини ці тарілки мають високою ефективністю. Разом про те ситчатые тарілки чутливі до забруднювачами і опадам, які забивають отвори тарілок.

Колпачковые тарілки. Менш чутливі до загрязнениям, ніж ситчатые, і вирізняються вищим інтервалом сталої роботи колони з колпачковыми тарілками. Газ на тарілку надходить по патрубкам, розбиваючись потім прорізами ковпачка на велика кількість окремих струменів. Далі газ проходить через шар рідини, перетікає по тарілці від однієї зливного пристрою до іншого. При русі через шар значної частини дрібних струменів розпадається, і газ розподіляється в рідини як пухирців. Інтенсивність освіти піни і бризок на колпачковых тарілках залежить від швидкість руху газу та глибини занурення ковпачка в рідина. Колпачковые тарілки виготовляють з радиальным чи диаметральным перебігами рідини. Колпачковые тарілки стійко працюють при значних змінах навантажень за газ і рідини. До їх недоліків слід віднести складність пристрої і високу вартість, низькі граничні навантаження нею газу, щодо високо гідравлічне опір, труднощі очищення.

Клапанные тарілки. (рис. 5). Принцип дії клапанных тарілок у тому, що вільно що лежить що вільно що лежить над отвором в тарілці круглий клапан зі зміною витрати своєю вагою автоматично регулює величину площі зазору між клапаном і площиною тарілки для проходу газу та цим підтримує постійної швидкість газу за його закінченні в барботажный шар.

Рас. 5. Клапанные тарілки.

а, б - з круглими ковпачками; в, з пластинчастим клапаном; р - балластная; 1 - клапан; 2 - кронштейн- обмежувач; 3 - баласт.

У цьому зі збільшенням швидкості газу колоні гідравлічне опір клапанной тарілки збільшується незначно. Висота підйому клапана обмежується заввишки кронштейна обмежувача і звичайно вбирається у 8 мм.

Переваги клапанных тарілок: порівняно висока пропускну здатність за газ і гідродинамічна стійкість, стала високою ефективністю у широкому інтервалі навантажень за газ.

Насадочные колони. У цих колонах використовуються насадки різних типів, але у промисловості найпоширеніші колони з насадкою з кілець Рашига. Меньшее гідравлічне опір насадочных колон проти барботажными особливо важливо при ректифікації під вакуумом. Навіть якби значному вакуумі у верхній частині колони внаслідок великого гідравлічного опору її розрідження в кипятильнике може бути недостатнім для необхідного зниження температури кипіння вихідної суміші.

Для зменшення гідравлічного опору вакуумних колон у яких застосовую насадки з максимальною вільним обсягом.

У самій ректифікаційної колоні непотрібен відводити тепло. Тому труднощі відводу тепла з насадочных колон є радше гідністю, ніж недоліком насадочных колон за умов процесу ректифікації.

Але й при ректифікації слід зважати на те, що рівномірний розподіл рідини по насадке в колонах великого діаметра утруднено. У зв'язку з цим діаметр промислових насадочных ректифікаційних колон звичайно перевищує 0,8-1 м.

Пленочные апарати. Ці апарати застосовується для ректифікації під вакуумом сумішей які мають малої термічної стійкістю при нагріванні (наприклад, різні мономери полімери, і навіть всі інші продукти органічного синтезу).

У ректифікаційних апаратах плівкового типу досягається низька гідравлічного опір. З іншого боку, затримка рідини в одиниці обсягу працюючого апарату мала. До плівкових ректифікаційних апаратів ставляться колони з регулярної насадкою як пакетів вертикальних трубок діаметром 6-20 мм (многотрубчатые колони), і навіть пакетів плоскопараллельной чи стільникового насадки з каналами різної форми, виготовленої і перфорованих металевих аркушів чи металевої сітки.

Недоліки роторних колон: обмеженість їх висоти і діаметра (через складність виготовлення й вимог, що висуваються до міці й жорсткості ротора), і навіть високі експлуатаційних витрат.


3. Схема ректифікаційної установки

Принципова схема ректифікаційної установки

Опис ректифікаційної установки

Принципова схема ректифікаційної установки представлена на рис. Вихідна суміш із проміжної ємності 9 відцентровим насосом 10 подається в теплообмінник 5, де підігрівається до температури кипіння. Нагретая суміш надходить на поділ в ректификационную колону / на тарілку харчування, де склад рідини дорівнює складу вихідної суміші ХF.

Стекая вниз по колоні, рідина взаємодіє зі поднимающимся вгору пором, що утворюється під час кипіння кубової рідини в кипятильнике 2. Початковий склад пара приблизно дорівнює складу кубового залишку Xw, тобто. обеднен легколетучим компонентом. Через війну масообміну з рідиною пар збагачується легколетучим компонентом. Для повного збагачення верхню частина колони зрошують відповідно

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація