Ректификационная колонна колпачкового типа

Ректификационная колонна колпачкового типа

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень цивилизации немыслим без внедрения в жизнь достижений химии, которая стала могущественной производительной силой. Огромная роль химии в обеспечении нас питанием, энергией, здоровьем, одеждой, жилищем и т.д. несомненна.

Более 95% производимых в мире органических продуктов основаны на использовании нефти и природного газа, и с сожалением приходится констатировать, что более 90% этого ценнейшего углеводородного сырья расходуется пока как топливо, только оставшиеся 8 - 10% тратятся на химическую переработку. Какая расточительность!

Так что же такое нефтехимия? Это наука, главной задачей которой является изучение и разработка путей и методов переработки углеводородов и других компонентов нефти и природного газа, создание оптимальных процессов получения крупнотоннажных органических соединений, используемых как сырье для выпуска огромного ассортимента товарных химических продуктов (полимеры, пленки, синтетические каучуки, детергенты, смазочные масла, растворители, красители, присадки и др.). Большинство органических соединений являются "нефтехимическими", но обычно этот термин относится к продуктам, которые производятся в относительно больших масштабах. Настоящая статья посвящена соединениям, годовой выпуск которых превышает десятки тысяч тонн в год.

Коротко остановимся на истории развития нефтехимии. Началом нефтехимической промышленности можно считать 1920 год, когда американская компания "Стандарт Ойл" начала производить изопропиловый спирт из пропилена. Первое нефтехимическое производство, основанное на этилене, относится к 1923 году, когда другая американская компания "Юнион Карбайд" стала производить этиленхлоргидрин, этиленгликоль и дихлорэтан. С тех пор шло стабильное развитие нефтехимии, дополнительный стимул которому был дан второй мировой войной. Переход промышленности органического синтеза с угольного сырья на нефтегазовое в 1950 - 1960 годы способствовал широкому распространению нефтехимии во всем мире, и она выделилась в самостоятельное направление научных исследований.

.       
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1    Теоретические основы процесса

Ректификация - фракционная перегонка нефти, физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения, в результате получают следующие фракции: ректификационные газы, газолиновую фракцию, лигроиновую фракцию, керосиновую фракцию и дизельное топливо; отличаются они составом и температурами кипения.

Один из способов разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами

При ректификации, потоки пара и жидкости, перемещаясь в противоположных направлениях (противотоком), многократно контактируют друг с другом в специальных аппаратах (ректификационных колоннах), причём часть выходящего из аппарата пара (или жидкости) возвращается обратно после конденсации (для пара) или испарения (для жидкости). Такое противоточное движение контактирующих потоков сопровождается процессами теплообмена и массообмена, которые на каждой стадии контакта протекают (в пределе) до состояния равновесия; при этом восходящие потоки пара непрерывно обогащаются более летучими компонентами, а стекающая жидкость - менее летучими.

Ректификация - частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости, получаемой при конденсации паров, и пара, образующегося при перегонке.

Ректификация известна с начала 19 века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию всё шире применяют в самых различных областях химической технологии,

где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение(в производстве органического синтеза, изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах (до 60 м высотой), снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) ректификационных колоннах.

Процесс ректификации не применяется при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, при извлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленных растворов, разделении смесей близкокипящих компонентов.

Процессы ректификации нефти и продуктов ее переработки - очень энергоемки; на них расходуется 100 % топлива, потребляемого трубчатыми печами, и 80 % тепловой и электрической энергий. При этом энергетическая эффективность ректификации низка: 95 % тепла, подводимого в колонну, отводится с водой и воздухом, охлаждающими верхний и боковые погоны колонны. Понятно поэтому стремление повысить эффективность ректификации и снизить энергетические затраты.

В результате ректификации нефти получается несколько целевых продуктов, каждый из которых должен удовлетворять определенным требованиям к показателям качества.

В результате ректификации нефти получают бензин, керосин, дизельное топливо, масла и другие фракции. Светлые нефтепродукты - бензин, керосин и дизельное топливо получают на установках, называемых атмосферными или атмосферными трубчатками ( AT), поскольку процесс происходит под атмосферным давлением, а нагрев нефти производится в трубчатой печи. Получаемый на этих установках остаток - мазут - может быть направлен в вакуумную установку, где в результате перегонки получают различные сорта смазочных масел.

Основные области промышленного применения ректификации - получение отдельных фракций и индивидуальных углеводородов из нефтяного сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, получение окиси этилена, акрилонитрила, капролактама, алкилхлорсиланов - в химической промышленности ректификация широко используется и в других отраслях народного хозяйства: цветной металлургии, коксохимической, лесохимической, пищевой, химико-фармацевтической промышленностях.

В процессе перегонки и ректификации нефти и нефтепродуктов упругость паров и равновесие между парами и жидкостями играют решающую роль. Поэтому необходимо знать основные законы, пользуясь которыми, можно определять ряд параметров.

В основе управления процессом ректификации нефти может быть несколько критериев.

При ректификации нефти Западной Сибири в диапазоне 20 - 500 градусов, обычно отгоняется 75 - 80 % фракций, в которых находится 40 - 50 % серы от общего его содержания в нефти.

Многолетний опыт ректификации нефти, нефтяных фракций и углеводородных газов позволяет высказать следующие соображения относительно выбора рабочего давления в колоннах.

При ректификации нефтяных фракций и углеводородов от С3 и выше оптимальным обычно является давление, которое соответствует применению более дешёвых хладоагентов и теплоносителей т.е минимальное, давление при котором конденсацию верхнего продукта можно проводить водой или воздухом без предварительного их охлаждения .Следовательно, выбранная температура в ёмкости орошения и будет определять давление в колонне.

Под термином четкость ректификации нефти в колоннах АВТ понимают величину температурного интервала между концом кипения легкокипящего дистиллята и началом кипения смежного ему тяжелого дистиллята.

.2 Классификация оборудования

ректификация колпачковый тарелка нефть

Аппаратура для ректификации. Аппараты, служащие для проведения ректификации, - ректификационные колонны - состоят из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара, - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены т. н. тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - Насадка.Куб и дефлегматор - это обычно кожухотрубные теплообменники (находят применение также трубчатые печи и роторные испарители

Назначение тарелок и насадки - развитие межфазной поверхности и улучшение контакта между жидкостью и паром. Тарелки, как правило, снабжаются устройством для перелива жидкости. Конструкции трёх типов переливных тарелок показаны на рисунке. 1(а,б,в). В качестве насадки ректификационных колонн обычно используются кольца, наружный диаметр которых равен их высоте. Наиболее распространены кольца Рашига (рисунок. 2, 1) и их различные модификации (рисунок. 2, 2-4).

Рисунок 1 -. Схема тарелок с переливным устройством:

а - колпачковая (1 - основание со слоем жидкости; 2 - патрубки для прохода пара; 3 - колпачки; 4, 5 - переливные устройства); б - из S-образных элементов (6); в - ситчатая.

Рисунок 2-. Различные типы насадок:

- кольца Рашига; 2 - спиральные кольца; 3 - кольца с перегородкой; 4 - кольца Паля.

Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар - жидкость с большой межфазной поверхностью.

Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создаётся при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.

По способу проведения различают непрерывную и периодическую ректификацию. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подаётся в ректификационную колонну и из колонны непрерывно отводятся две и большее число фракций, обогащенных одними компонентами и обеднённых другими.

Схема потоков типичного аппарата для непрерывной ректификации - полной колонны - показана на рис. 3, а. Полная колонна состоит из 2 секций - укрепляющей (1) и исчерпывающей (2). Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подаётся в колонну, где смешивается с т. н. извлечённой жидкостью и стекает по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара. Достигнув низа колонны, жидкостный поток, обогащенный тяжелолетучими компонентами, подаётся в куб колонны (3). Здесь жидкость частично испаряется в результате нагрева подходящим теплоносителем, и пар снова поступает в исчерпывающую секцию. Выходящий из этой секции пар (т. н. отгонный) поступает в укрепляющую секцию. Пройдя её, обогащенный легко-летучими компонентами пар поступает в дефлегматор (4), где обычно полностью конденсируется подходящим хладагентом. Полученная жидкость делится на 2 потока: дистиллят и флегму. Дистиллят является продуктовым потоком, а флегма поступает на орошение укрепляющей секции, по контактным устройствам которой стекает. Часть жидкости выводится из куба колонны в виде т. н. кубового остатка (также продуктовый поток).

Рисунок 3.- Схемы потоков ректификационных колонн: а - непрерывная ректификация; б - периодическая ректификация; 1 - укрепляющая секция; 2 - исчерпывающая секция; 3 - куб колонны; 4 - дефлегматор.

Если исходную смесь нужно разделить непрерывным способом на число фракций больше двух, то применяется последовательное либо параллельно-последовательное соединение колонн.

При периодической ректификации. (рис. 3, б) исходная жидкая смесь единовременно загружается в куб колонны, ёмкость которого соответствует желаемой производительности. Пары из куба поступают в колонну и поднимаются к дефлегматору, где происходит их конденсация. В начальный период весь конденсат возвращается в колонну, что отвечает т. н. режиму полного орошения. Затем конденсат делится на флегму и дистиллят. По мере отбора дистиллята (либо при постоянном флегмовом числе, либо с его изменением) из колонны выводятся сначала легколетучие компоненты, затем среднелетучие и т. д. Нужную фракцию (или фракции) отбирают в соответствующий сборник. Операция продолжается до полной переработки первоначально загруженной смеси.

1.3 Устройство аппарата для ведения данного процесса

Технологическая схема процесса ректификации представленная на рис.1.

Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава хF, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.

Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба - испарителя (кипятильника)-5 (куб - испаритель может размещаться и непосредственно под колонной).

Таким образом, пар, выходящий из куба - испарителя и

представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом. Из куба - испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.

Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11.

Рисунок 4 -. Технологическая схема ректификационной установки

-промежуточная ёмкость;2-центробежный насос;3-теплообменник;4-ректификационная колонна;5-кипятильник;6-дефлегматор;7-теплообменник;8-промежуточная ёмкость;9-насос;10-теплообменник;11-промежуточная ёмкость.

В современных аппаратах кубы, использованные в старых многокубовых аппаратах, заменены тарелками, расположенными одна над другой по вертикали.

Каждая тарелка, таким образом, играет роль куба многокубового аппарата. Описываемый аппарат работает периодически.

Куб заполняют жидкой смесью, которая по мере перегонки освобождается от нижекипящего компонента. Для повышения температуры до кипения служит змеевик, обогреваемый паром.

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке, основным аппаратом которой является колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу,

а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнюю часть аппарата.

Процесс ректификации по заданию протекает при атмосферном давлении. Как правило, атмосферное давление принимают при разделении смесей, имеющих температуру кипения от 30 до 150 0С [1]. Степень разделения смеси жидкостей и чистота дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства колонны.

Преимущественное использование тарельчатого аппарата в процессах перегонки объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.

Тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн возрастает значительно быстрее и, в этом случае, тарельчатые колонны становятся экономичнее.

Наиболее распространены колпачковые тарельчатые колонны. Колпачковые тарелки предназначены для процессов, протекающих, преимущественно при атмосферном и повышенном давлении. Диапазон устойчивой работы тарелок - 4,5.

Топливо для двигателей внутреннего сгорания производят ректификацией нефти. При этом получают следующие основные фракции нефти.

Таблица 1- основные фракции нефти

Важную роль при расчете процессов перегонки и ректификации нефти и нефтяных фракций играют данные по физико-химическим и термодинамическим свойствам нефтяных смесей, такие как плотность, молекулярная масса, давление насыщенных паров, летучесть и энтальпия.

Плотность нефтяных фракций с высокой точностью может быть рассчитана в зависимости от плотности нефти (pl°)H и соответствующего отгона этой фракции.

Не менее важно и то, что проектные и исследовательские организации, занимающиеся расчетами ректификации нефти методами математического моделирования на ЭВМ, нуждаются в данных по фракционному составу нефти до максимально возможных температур, соответствующих выкипанию не менее 90 % нефти.

Аппараты тарельчатого типа получили наибольшее распространение на производствах. Распространены ситчатые тарелки, колпачковые тарелки, провальные решетчатые тарелки, чешуйчатые тарелки.

Ректификационная колонна непрерывного действия.

Рисунок 5 - Ректификационная колонна:

колонна; 2 - кипятильник; 3 - дефлегматор

Таким образом, отсутствие равновесия (и соответственно наличие разности температур фаз при движении фаз с определенной относительной скоростью и многократном их контактированиии являются необходимыми условиями проведения ректификации.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различны давлениях: при атмосферном давлении, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного (для разделения смесей, являющихся газообразными при нормальных температурах).

Для проведения процессов ректификации применяют 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.

·        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 снабжен теплообменными устройствами - кипятильником (кубом) и дефлегматором (рис. 1). Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректификационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Варианты установки дефлегматора

Рисунок 6 - . Варианты установки дефлегматоров:

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

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

Дефлегматор, предназначенный для конденсация паров и подачи орошения (флегмы) колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденсируются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода).

Сетчатая колонна

Рисунок 7 -Устройство колонны:

а - схема устройства колонны; б - схема устройства тарелки; 1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - переливная труба; 4 - стакан.

В случае частичной конденсации паров дефлегматоре его располагают непосредственно над, колонной, чтобы обеспечить большую компактность установки, либо вне колонны (рис 2). При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматор подают непосредственно через гидравлический затвор на верх колонны, так как в данном случае отпадав необходимость в делителе флегмы.

В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавливают выше колонны, непосредственно на колонне или ниже верха колонны 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.

Барботажные (тарельчатые) колонны

Эти аппараты в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменения нагрузок по пару и жидкости могут обеспечить весьма четкое разделение смесей Недостаток барботажных аппаратов - относительное высокое гидравлическое сопротивление - в условия ректификации не имеет существенного значения. При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некотором увеличению давления и соответственно повышению температуры кипения жидкости кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В таких колоннах используют различные виды тарелок: ситчатые, колпачковые, провальные, клапанные, пластинчатые и др.

Ситчатые тарелки.

Колонна с ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с горизонтальными тарелками, в которых равномерно по всей поверхности просверлено значительное число отверстий диаметром 1-5 мм.

Газ проходи сквозь отверстия тарелки и распределяется в жидкости в виде мелких струек и пузырьков.

Ситчатые тарелки отличаются простотой устройства, легкостью монтажа, осмотра и ремонт. Гидравлическое сопротивление этих тарелок невелико. Ситчатые тарелки устойчиво работают довольно широком интервале скоростей газа, причем в определенном нагрузок по газу и жидкость эти тарелки обладают высокой эффективностью. Вместе с тем ситчатые тарелки чувствительны загрязнителям и осадкам, которые забивают отверстия тарелок.

Колпачковые тарелки

Менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь, затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому.

Рисунок 8-Схема колпачковой тарелки

При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены непосредственно на колонне или ниже верха колонны 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.

Барботажные (тарельчатые) колонны. Эти аппараты в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапазона изменения нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весьма четкое разделение смесей. Недостаток барботажных аппаратов - относительно - высокое гидравлическое сопротивление - в условия, ректификации не имеет существенного значения.

При ректификации повышение гидравлического сопротивления приводит лишь к некоторому, повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В таких колоннах используют различные виды тарелок: ситчатые, колпачковые, провальные, клапанные, пластинчатые и др.

Колпачковые тарелки. Менее чувствительны к загрязнениям, чем ситчатые, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. Газ на тарелку поступает по патрубкам, разбиваясь затем прорезями колпачка на большое число отдельных струй. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным или диаметральным переливами жидкости. Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости.

К их недостаткам следует отнести сложность устройства и высокую стоимость, низки предельные нагрузки ею газу, относительно высоко гидравлическое сопротивление, трудность очистки.

Насадочные колонны

В этих колоннах 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 применяю насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло. 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.

Пленочные аппараты

Эти аппараты применяется для ректификации под вакуумом смесей обладающих малой термической стойкостью при нагревании (например, различные мономеры полимеры, а также другие продукты органического синтеза).

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлического сопротивление.

Кроме того, задержка жидкости в единице объема работающего аппарата мала. К числу пленочных ректификационных аппаратов относятся колонны с регулярной насадкой в виде пакетов вертикальных трубок диаметром 6-20 мм (многотрубчатые колонны), а

также пакетов плоскопараллельной или сотовой насадки с каналами различной формы, изготовленной и перфорированных металлических листов или металлической сетки.

Недостатки роторных колонн: ограниченность их высоты и диаметра (из-за сложности изготовления и требований, предъявляемых к прочности и жесткости ротора), а также высоки эксплуатационные расходы.

. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Задание: Количество исходной смеси F=14кг/c;

Мольный состав смеси Xf=28%=0,28;

Мольный состав дистиллята Xp=98%=098;

Мольный состав кубового состава Xw=3,2%=0,032.

Высококипящий компонент -вода - 100

Низкокипящий компонент- изопропиловый спирт

Построение X-t и Y-t диаграммы

Расчет материального баланса:

Xp=100%_X комп.2р;

*Xf=W*Xw+P*Xp;=W+P;=14*0,28=p*0,98+W*0,032;=F-W;=25-W;

,92=(14-W)*0,98+W

,92=13,72-W*0,98+W*0,032

.92-13,72=W(0,98+0,032)

,8=W*1,012=9,8/1,012=9,6=F-W=22-9,6=12,4 кг/с=W+P

22=12,4+9,6.

V=22/ρ ст=22000/836=30

D= (4*V)/( *w)

w-скорость=2,5 м/с

D=(4*30)/(3,14*2,5)=2800 мм

2.2 Выбор аппарата по каталогу

Принимаем к установке аппарат по каталогу

D=2800 мм.

Ректификационная колонна с колпачковыми тарелками.

. Охрана труда и техника безопасности

Как известно, в нефтепереработке нельзя получить качественный продукт, ни требующий отбор без хорошей работы ректификационного оборудования. Энергозатраты также во многом зависят от конструкции и правильной эксплуатации колонной аппаратуры, поэтому вопрос совершенствования аппаратуры является всегда актуальным.

Все работники производства должны знать и строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда, правила технической эксплуатации ректификационного оборудования и герметизации его.
Многочисленные и разнообразные технологические процессы нефтехимической промышленности основаны на использовании высоких температур, высоких давлений, взрыво-, пожароопасных и токсичных веществ в различных агрегатных состояний. Для обеспечения благоприятных и безопасных условий труда работающих необходимо применение принципиально различных технических приёмом и способов защиты, создание новой техники и технологии, обеспечивающие оптимальные условия труда.

Организация работ по охране труда.

Все работники предприятий химической и нефтехимической промышленности независимо от характера и степени опасности производства, квалификации и стажа работы по данной профессии или должности при поступлении на работу и в дальнейшем периодически проходят различный инструктаж и обучение безопасным приёмам, и методам работы, без прохождения которых никто не может быть допущен к работе.

Основы техники безопасности.

.        Воздействие электрического тока на человека. При электротравме могут быть вызваны ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, резкое расстройство нервной системы, поражение дыхательного центра.

.        Меры безопасности при отборе проб. Организация отбора проб зависит от агрегатного состояния веществ, их давления и температуры. Пробы жидкостей из аппаратов и трубопроводов в доступных местах отбирают через отборные краники, капельные отборники и другие устройства, которые исключают разлив продуктов и выделение горючих и ядовитых газов.

.        Пробы отбирают в специальные металлические сосуды, в стеклянные бутыли, пробоотборники. Пробы газов отбирают в специальные металлические пробоотборники.

.Предельно допустимые концентрации. Отравление токсичными веществами, находящихся в газообразном или парообразном состоянии, или в виде пыли, возможно только при их концентрации в воздухе рабочей зоны, превышающие определённый предел.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса вредности:

й - чрезвычайно опасные (ПДК менее 0,1 мг/м3);

й - высоко опасные (ПДК 0,1 - 1,0 мг/м3);

й - умеренно опасные (ПДК 1,1 - 10,0 мг/м3);

й - малоопасные (ПДК более 10,0 мг/м3).

Основными вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу на НПЗ, являются углеводороды, сернистый газ, сероводород, окись углерода, аммиак, фенол, окислы азота и т. д. Установка ГФУ относится к числу наиболее крупных источников загрязнения атмосферы.

Причиной выделения в атмосферу углеводородов, сероводорода, аммиака, фенолов является несовершенство технологического процесса, недостаточно высокий технический уровень оборудования, нарушения режима эксплуатации. Вредные вещества выделяются через неплотности в насосно-компрессорном оборудовании и арматуре, из открытых лотков, не закрытых воздушников отдельных аппаратов.

Для защиты атмосферы от промышленных выбросов применяют различные способы. В соответствии с санитарными нормами промышленные предприятия, располагают по отношению к населённому пункту с подветренной стороны и отделяют санитарно - защитной зоной.

Степень загрязнения атмосферного воздуха зависит от высоты выброса. Поэтому все организованные выбросы следует направлять выше зоны аэродинамической тени. При этом приземные концентрации вредных веществ уменьшаются примерно в 6 раз. С увеличением высоты выброса степень рассеивания загрязняющих веществ возрастает и часто может быть доведена до предельно допустимой.

Правила безопасности при ректификации

.        Не используйте нагрев открытым огнем при ректификации. Не курите возле РК..Использование открытого огня может привести к пожару, взрыву.

.        Перед работой проверяйте герметичность всех узлов и соединений, особенно узла отбора.Не перекрывайте трубку (отверстие) связи колонны с атмосферой ни при каких условиях.

.        Все нефтеперерабатываемые, получаемые, применяемые, на установке нефтепродукты и реагенты по своим физико-химическим свойствам являются пожароопасными, взрывоопасными и вредными веществами.

Для обеспечения безопасности обсуживающего персонала предусмотрены индивидуальные средства защиты:

.        защита органов дыхания - применяют фильтрующие противогазы, шланговые противогазы ПШ - 1, ПШ - 2 и воздушные аппараты АСВ -

.        2, «Сеноба». К фильтрующим промышленным противогазам подбирается коробка, которая может быть: белая - защищает от оксида углерода (СО), жёлтая (В) - от кислых газов, сероводорода, оксида азота, сернистого ангидрида, коричневая (А) - от паров бензина, керосина и других нефтепродуктов.

Шланговые противогазы изолируют органы дыхания только от воздуха находящегося в зоне рабочего места, автономные противогазы - полностью от окружающего воздуха.

.        защита органов зрения. Для защиты глаз от воздействия вредных и опасных производственных факторов применяют защитные очки.

.        Защита кожных покровов. Для защиты кожных покровов применяют спецодежду, спецобувь и предохранительные приспособления. Нахождение обслуживающего персонала на рабочем месте без спецодежды и спец обуви категорически запрещается.

Компенсация профессиональных вредностей.

В химических и нефтехимических промышленностях предусматривается система льгот и компенсаций профессиональных вредностей. Один из видов такой компенсации - сокращённый рабочий день, так как чем меньше работающий находится в неблагоприятных условиях, тем меньше он подвергается вредному воздействию. Для работников установлен сокращённый рабочий день продолжительностью шесть часов (что соответствует 36 - часовой рабочей неделе).

Другим видом компенсации профессиональных вредностей является дополнительный отпуск, предоставляемый сверх 12 - дневного отпуска на 6, 12, 18, 24, 30 и 36 рабочих дней.

Для компенсации профессиональных вредностей работникам выдают

молоко или другие пищевые продукты, а также лечебно - профилактическое питание для предупреждения профессиональных заболеваний и укрепления их здоровья.

Большую роль в предотвращении вредных воздействий на организм играет правильное применение средств индивидуальной защиты, защищающих от загрязнений, высоких и низких температур и т. д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе рассмотрены основы процесса ректификации, классификации ректификационных колонн по конструкции внутреннего устройства. Все типы тарелок, их устройство и строение. На первоначальном этапе удалось полностью раскрыть понятия ректификации и всё, что связано с ней. На основе полученного материала были подробно описаны устройства ректификационных колонн.

Так же подробно описаны колпачковые тарелки. В процессах ректификации нефти, нефтепродуктов и углеводородных газов наибольшее распространение получили именно тарелки колпачкового типа. Назначение которого - обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках. Колпачковая тарелка имеет газовые или паровые патрубки, накрытые колпачками.

Были проведены расчеты и был построен график по таблице.

Так же ознакомились с техникой безопасности и охраной труда. Выделили самые основные правила при ректификации и изучили основы техники безопасности на НПЗ(нефтеперерабатывающих заводах).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов К.Ф, Романков П.Г, Носков А.А »Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии» 2008 г

. Эмирджанов Р.Т и Лемберанский Р.А «Основы технологических расчётов в нефтепереработке и нефтехимии» 1999 г.

.Дытнерский Ю.И. «Процессы и аппараты химической технологии» 1995 г.

. Танатаров М.А, Ахметшина М.Н, Фасхутдинов Р.А «Технологические расчёты установок переработки нефти» 1987 г

.Александров И.А «Перегонка и ректификация в нефтепереработке» 1981 г

.Багатуров С.А «Курс теории перегонки и ректификации» 1974 г

.Скобло А.И «Процессы и аппараты по нефтепереработки и нефтехимической промышленности» 1971 г

.Стабников В.Н «Расчёт и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов» 1971 г