kursov 1 (729140), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

В отличие от экстрактивной, азеотропная ректификация за­ключается в осуществлении процесса в присутствии разделяющего компонента, образующего с компонентами разделяемой смеси один или несколько азеотропов, которые в основном отбираются в виде дистиллята. Схема установки для проведения экстрактивной рек­тификации представлена на рис. (1.10.).

Исходную смесь, состоящую из компонентов А и В, подают на та­релку питания колонны 7 для экст­рактивной ректификации. Несколь­ко выше тарелки питания вводят разделяющий агент С. Низкокипя­щий компонент отбирают в виде дистиллята, а смесь высококипяще­го компонента В и разделяющего компонента С из нижней части колонны 1 направляют на разделе­ние в колонну 2. Разделяющий компонент, отбираемый в виде кубового остатка, возвращают на орошение колонны 1.

Рис. 1.10. Схема установки для экстрактивной ректификации бинарной смеси

1-колонна для экстрактивной ректификации; 2-колонна для разделения продукта В и экстра­гирующего компонента С; 3-насосы; 4-кипятильники; 5-конденсаторы

При азеотропной ректификации (рис. 1.11.) исходную азеотропную смесь подают на тарелку питания колонны, которая орошается сверху разделяющим агентом С. Расход разделяющего агента в основном зависит от состава исходной смеси. Так, при азеотроп­ной ректификации расход разделяющего компонента увеличивается с повышением в исходной смеси концентрации тех компонентов, которые отбираются в дистиллят. При экстрактивной ректифи­кации, наоборот, расход разделяющего компонента возрастает при увеличении в исходной смеси концентрации компонентов, отби­раемых в виде кубового остатка.

Рис. 1.11. Схема установки для азеотропной ректификации:

1-колонна; 2-конденсатор; 3-отстойник; 4-кипятильник

Наиболее сложной задачей при использовании методов экстрак­тивной и азеотропной ректификации является выбор разделяющего компонента, который должен удовлетворять следующим требова­ниям: 1) обеспечивать возможно большее повышение коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов; 2) достаточно легко регенерировать; 3) хорошо растворять разделяемые компо­ненты для предотвращения расслаивания жидкой фазы при темпе­ темпе­ратурных условиях в колонне; 4) быть безопасным в обращении, доступным, дешевым, термически стабильным. Обычно при выборе разделяющего агента основываются на справочных данных.

Если в качестве разделяющего агента используют растворимые твердые вещества, то такой процесс разделения называют солевой ректификацией.

1.3. Типовое оборудование для проектируемой установки

Для проведения процессов ректификации применяются аппараты раз­нообразных конструкций, основные типы которых не отличаются от со­ответствующих типов абсорберов.

В ректификационных установках используют главным образом аппара­ты двух типов: насадочные и тарельчатые ректификацион­ные колонны. Кроме того, для ректификации под вакуумом применяют пленочные и роторные колонны различных конструкций.

Насадочные, барботажные, а также некоторые пленочные колонны по конструкции внутренних устройств (тарелок, насадочных тел и т. д.) аналогичны абсорбционным колоннам. Одна­ко в отличие от абсорберов ректификационные колонны снабжены теплообменными устройствами — кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректи­фикационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверх­ность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть ко­лонны (рис. 1.12., а). Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники (см. рис. 1.7.), которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

В периодически действующих колоннах куб является не только испа­рителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3—1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну опера­цию). Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насы­щенным паром.

Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и по­дачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденси­руются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.

В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре его рас­полагают непосредственно над колонной (рис. 1.12., а), чтобы обеспе­чить большую компактность установки, либо вне колонны (см. рис. 1.7.). При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматора подают непосредственно через гидравлический затвор наверх колонны, так как в данном случае отпадает необходимость в делителе флегмы.

В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавли­вают выше колонны (см. рис. 1.7.), непосредственно на колонне (см. рис. 1.12., а) или ниже верха колонны (рис. 1.12., б) для того, чтобы уменьшить общую высоту установки. В последнем случае флегму из де­флегматора 1 подают в колонну 2 насосом. Такое размещение дефлег­матора часто применяют при установке ректификационных колонн вне зданий, что более экономично в ус­ловиях умеренного климата.

Рис. 1.12. Варианты установки дефлегматоров:

а — на колонне; б — ниже верха ко­лонны; 1 — дефлегматоры; 2 — колон­ны; 3 — насос.

Б а р б о т а ж н ы е колонны в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапа­зона изменений нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весь­ма четкое разделение смесей. Недо­статок барботажных аппаратов—от­носительно высокое гидравлическое сопротивление—в условиях ректи­фикации не имеет такого существенного значения, как в процессах аб­сорбции, где величина р связана со значительными затратами энергии на перемещение газа через аппарат. При ректификации повышение гидрав­лического сопротивления приводит лишь к некоторому увеличению дав­ления и соответственно к повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток (значительное гид­равлическое сопротивление) сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В н а с а д о ч н ы х колоннах (рис. 1.13.) используются насадки различ­ных типов, но в промышленности наиболее распространены колонны с насадкой из колец Рашига. Меньшее гидравлическое сопротив­ление насадочных колонн по сравнению с барботажными особенно важно при ректификации под вакуумом. Даже при значительном вакууме в верхней части колонны вследствие большого гидравлического сопротивле­ния ее разрежение в кипятильнике может оказаться недостаточным для требуемого снижения температуры кипения исходной смеси.

Для уменьшения гидравлического сопротивления вакуумных колонн в них применяют насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло, как в абсорберах. Поэтому трудность отвода тепла из насадочных колонн является скорее достоинством, чем недостатком насадочных колонн в условиях процесса ректификации.

Однако и при ректификации следует считаться с тем, что равномерное распределение жидкости по насадке в колоннах большого диаметра за­труднено. В связи с этим диаметр промышленных насадочных ректифика­ционных колонн обычно не превышает 0,8—1 м.

Рис. 1.13. Насадочная ректификационная колонна с кипятильником

1-корпус; 2-насадка; 3-опорная решетка; 4-перераспределитель флегмы; 5-патрубок для слива кубового остатка; 6-кипятильник; 7-ороситель.

Как уже отмечалось, в насадочных колоннах поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность н а с а д ­к и. Поэтому насадка должна иметь возможно большую поверх­ность в единице объема. Вместе с тем для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим тре­бованиям: 1) хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т.е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным; 2) оказывать малое гидравлическое сопротивле­ние газовому потоку, т.е. иметь возможно большее значение сво­бодного объема или сечения насадки; 3) создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу; для этого насадка должна также иметь большие значения или S_CB; 4) иметь малую плотность; 5) равномерно распределять орошающую жидкость; 6) быть стойкой к агрессивным средам; 7) обладать высокой механи­ческой прочностью; 8) иметь невысокую стоимость.

Очевидно, что насадок, которые бы полностью удовлетворяли всем указанным требованиям, не существует, так как соответствие одним требованиям нарушает соответствие другим (например, уве­личение удельной поверхности а насадки влечет за собой повышение гидравлического сопротивления, а также снижение предельно допус­тимых скоростей газа и т.д.).

Поэтому в промышленности используют большое число разно­образных по форме и размерам насадок, изготовленных из различ­ных материалов (металла, керамики, пластических масс и др.), которые удовлетворяют основным требованиям при проведении того или иного процесса ректификации.

В качестве насадки наиболее широко применяют тонкостенные кольца Рашига (Приложение 1, а), имеющие высоту, равную диаметру, который изменяется в пределах 15-150 мм. Кольца малых разме­ров засыпают в колонну навалом. Большие кольца (от 50х50 мм и выше) укладывают правильными рядами, сдвинутыми друг отно­сительно друга. Такой способ заполнения аппарата насадкой назы­вают загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку - регулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед не­регулярной, навалом засыпанной в колонну: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако регулярная насадка требует более сложных по устройству оросителей, чем насадка, засыпанная навалом.

Хордовую насадку (см. Приложение 1, б) обычно применяют в колоннах большого диаметра. Несмотря на простоту ее изготовления, хордовая насадка вследствие небольших удельной поверхности и свободного сечения вытесняется более сложными и дорогостоя­щими видами фасонных насадок, часть из которых представлена в Приложение 1, б. В табл. 1.1. приведены основные характеристики наса­док некоторых типов.

Таблица 1.1. Характеристики насадок

		Удельная	Свобод-	Эквивалент-	Масса \
Насадка	Размеры элемен-	поверхность,	ный	ный диаметр,	1 м3 на -
	та, мм	М2/М3	объем,	м	садки, кг
			М3/М3
. Регулярная насадка
Деревянная хордовая	10	100	0,55	0,022	210
(шаг в свету	20	65	0,68	0,042	145
10 х 100 мм)
Керамические кольца	50 х 50 х 50	НО	0,735	0,027	650
Рашига	80 х 80 х 8	80	0,720	0,036	670
	100 х 100 х 100	60	0,720	0,048	670
Засыпка в навал
Керамические кольца	15 х 15 х 2	330	0,700	0,009	690
Рашига	25 х 25 х 3	200	0,740	0,015	530
	50 х 50 х 5	90	0,785	0,035	530
Стальные кольца	10 х 10 х 0,5	500	0,880	0,007	960
Рашига	15 х 15 х 0,5	350	0,920	0,009	660
	25 х 25 х 0,8	220	0,920	0,017	640
Керамические кольца	25 х 25 х 3	220	0,740	0,014	610
Палля	50 х 50 х 5	120	0,780	0,026	520
Стальные кольца	25 х 25 х 0,6	235	0,900	0,01	525
Палля	50 х 50 х 1	108	0,900	0,033	415
Керамические седла	12,5	460	0,680	0,006	720
Берля	25	260	0,690	0,011	670
	38	165	0,700	0,017	670

При выборе размеров насадки необходимо учитывать, что с уве­личением размеров ее элементов увеличивается допустимая ско­рость газа, а гидравлическое сопротивление насадочной колонны снижается. Общая стоимость колонны с крупной насадкой будет ниже за счет снижения диаметра колонны, несмотря на то, что высота насадки несколько увеличится по сравнению с таковой в колонне, заполненном насадкой меньших размеров.

Характеристики

Список файлов реферата