Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны

Задание

Выполнить расчет высоты и диаметра ректификационной колонны непрерывного действия насадочного типа для разделения бинарной смеси бензол-толуол. Колонна работает под атмосферным давлением. Исходная смесь, содержащая х_F = 50% (мол.) низкокипящего компонента, имеет температуру t_н=30⁰С и перед подачей в колонну подогревается в

кожухотрубчатом теплообменнике до температуры кипения. Расход исходной смеси G_F = 1,5кг/с. Содержание низкокипящего компонента в дистилляте х_D = 98%(мол.), в кубовом остатке х_W=1,5%(мол.). В дефлегматоре пары дистиллята конденсируются полностью. Продукты разделения охлаждаются в холодильнике до t_к = 18⁰С. Начальную температуру охлаждения воды принять t_в = 12⁰С.

Содержание

Введение..................................................................................................... 4

Материальный баланс............................................................................... 9

Определение скорости пара и диаметра колонны................................... 10

Определение высоты насадки и высоты колонны.................................... 12

Введение

Ректификация – это теплообменный процесс, применяемый для разделения жидких смесей, компоненты которых различаются по температурам кипения. Процесс осуществляется при взаимодействии потоков пара и жидкости, имеющих разные составы и температуры: пар содержит больше высококипящих компонентов и имеет более высокую температуру, чем вступающая с ним в контакт жидкость.

Организация потоков пара и жидкости, а также их взаимодействие реализуется в специальных массообменных аппаратах ректификационных колоннах. Поток пара создается за счет подвода тепла в нижнюю часть колонны и испарения находящейся там жидкости. Поток жидкости (орошения, флегмы) организуется за счет отвода тепла из верхней части колонны и конденсации поступающего туда пара. Взаимодействие потоков осуществляется в специальных контактных устройствах, размещенных по высоте колонны.

Основными рабочими параметрами процесса ректификации является давление и температура в системе, соотношение потоков жидкости и пара и число контактных ступеней

При соответствующем выборе этих параметров обеспечивается разделение исходной смеси на фракции, удовлетворяющие определенным требованиям.

Равновесие фаз считается достигнутым только в том случае, кода одновременно удовлетворяются два условия: равны температуры фаз и равны парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах. Второе условие означает, что процесс перехода через границу раздела фаз каждого компонента из жидкой фазы в паровую фазу, и наоборот, завершен, то есть составы жидкой и паровой фазы стабилизировались, а концентрации компонентов отдельно взятой фазе одинаковы в каждой точке ее обмена.

В ректификационных установок используют главным образом аппараты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификационные колонны.

В тарельчатых колоннах с помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. Наиболее распространены следующие виды тарелок: ситчатые, колпачковые, клапанные.

При конструкции тарелок обычно принимают во внимание следующие показатели:

а) производительность;

б) гидравлическое сопротивление;

в) эффективность при разных рабочих нагрузках;

д) сопротивление одной теоретической тарелки при разных рабочих нагрузках;

е) простоту конструкции, проявляющуюся в трудоемкости изготовления, монтажа, ремонтов;

ж) металлоекость.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства и высокой эффективностью, работают устойчиво в широком интервале скоростей пара. Вместе с тем данные тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам (происходит забивки отверстий).

При использовании ректификационных колонн с клапанными тарелками, они показали высокую эффективность при значительных интервалах нагрузок благодаря возможности саморегулирования. В зависимости от нагрузки клапан перемещается вертикально, изменяя площадь живого сечения для прохода пара. Причем максимальное сечение определяется высотой устройства ограничивающего подъем. Клапаны изготавливают в виде пластин круглого или прямоугольного сечения с верхним или нижним ограничителем подъема.

Колонны с клапанными тарелками обладают свойствами колонн с ситчатыми и колпачковыми тарелками. Барботаж пара через жидкость происходит через клапаны, которые в зависимости от расхода пара могут занимать различные положения по вертикали. С увеличением скорости пара в колонне гидравлическое сопротивление тарелки увеличивается незначительно. Высота подъема клапана обычно не превышает 8 мм. Клапанные тарелки отличаются стабильностью работы в различных диапазонах нагрузок по паровому потоку.

Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по пару и жидкости. К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, относительно высокое гидравлическое сопротивление и трудность очистки.

Принцип действия ректификационной колонны

Исходная смесь из промежуточной емкости 1 насосом 2 подается в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси Х_г.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубового остатка Х_w. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен НК.

В результате массообмена с жидкостью пар обогащается НК. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой), получаемой в дефлегматоре путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора через распределитель в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт. Обогащенный ТЛК, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.