Технологическая схема процесса ректификации
Технологическая схема процесса ректификации
ы
Ректификация – массообменный процесс, который осуществляется путем многократного контакта между неравновесными жидкой и паровой фазами, движущимися относительно друг друга. В большинстве случаев ректификацию осуществляют в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами (насадки, тарелки). Ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) делает расчет процесса достаточно сложным.
На рис. 1.1 представлена схема ректификационной установки, пример расчета которой представлен ниже.
Рис. 1.1. Схема ректификационной установки:
1 — ректификационная колонна (1а– укрепляющая часть; 1б – исчерпывающая); 2 – кипятильник; 3 – дефлегматор; 4 – делитель флегмы; 5 – теплообменник-подогреватель исходной смеси; 6 – холодильник дистиллята; 7 – холодильник кубового остатка; 8,9 – емкости для сбора кубового остатка и дистиллята; 10– насосы.
Исходную смесь из емкости центробежным насосом подают в теплообменник 5, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 1 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.
Стекая, вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим (низкокипящим) компонентом. Для создания противоточного движения жидкости в верхней части колонны и более полного насыщения пара низкокипящим компонентом верхнюю часть колонны орошают жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения (дистиллята), который охлаждается в теплообменнике-холодильнике 6 и направляется в промежуточную емкость 9.
Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим (высококипящим) компонентом, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего (низкокипящего) компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим (высококипящим) компонентом.
РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Задание на проектирование. Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия для разделения под атмосферным давлением 10 т/час жидкой смеси, содержащей 50%(масс.) бензола и 50%(масс.) толуола. Требуемое содержание бензола в дистилляте 96%(масс.), в кубе 2%(масс.). Тип колонны – тарельчатая, тарелки – ситчатые. Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры кипения. Давление греющего пара 3 ат.
Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Производительность колоны по дистилляту и кубовому остатку определим из уравнений материального баланса:Определение скорости пара и диаметра колонны
Диаметр колонны определяется по уравнению: где – объемный расход проходящего по колонне пара, м3/с; - скорость пара, отнесенная к поперечному сечению колонны,…Определение теоретических и действительных ступеней контакта верхней и нижней частей колонны
Приняв рабочее флегмовое число R=1,75, с помощью y - x диаграммы, графически определим число теоретических ступеней контакта (рис. 2.4), которое… В нашем случае число теоретических ступеней контакта для верхней части равно… Действительное число тарелок:Высота светлого слоя жидкости на тарелках
Для колпачковых тарелок высоту светлого слоя жидкости h0 можно определить по уравнению: где hпер – высота переливной перегородки, м; q – линейная плотность орошения (объемный расход жидкости на единицу…Гидравлическое сопротивление тарелок колонны
Гидравлическое сопротивление тарелок колонны : где и – гидравлическое сопротивление тарелки верхней и нижней частей колонны соответственно, Па; и – число тарелок…Тепловой расчет ректификационной колонны
Количество тепла, отнимаемое водой в дефлегматоре , Вт где– количество дистиллята, кг/с; R – флегмовое число; – теплота конденсации дистиллята, Дж/кг:Толщина тепловой изоляции ректификационной колонны.
Тепловая изоляция покрывает куб колонны (в нашем случае это отдельный кожухотрубчатый теплообменник), собственно колонну, и дефлегматор. Она служит… Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через…Расчет вспомогательного оборудования