Розрахунок параметрів ректифікаційної колони

Розрахунок параметрів ректифікаційної колони

Зміст

1.   Характеристика технологічної схеми

2.      Розрахунок ректифікаційної колони

2.1 Матеріальний баланс колони і визначення робочого флегмового числа

.2   Розрахунок кількості тарілок і висоти колони

Висновки

Список використаної літератури

1. Характеристика технологічної схеми

Ректифікація - масообмінний процес розділення однорідної суміші летючих компонентів, що здійснюється шляхом протитокової багаторазової взаємодії парів, які утворюються при перегонці, з рідиною, що утворюється при конденсації цих парів.

Розділення рідкої суміші засновано на різній летючості речовин. При ректифікації вихідна суміш ділиться на дві частини: дистилят - суміш, збагачену низькокиплячим компонентом (НК), кубовий залишок - суміш, збагачену висококиплячим компонентом (ВК).

Процес ректифікації здійснюється в ректифікаційній установці, основним апаратом якої є ректифікаційна колона в якій пари розділюваної рідини піднімаються знизу, а назустріч парам стікає рідина, що подається у вигляді флегми у верхню частину апарата.

Процес ректифікації може протікати при атмосферному тиску, а також при тиску вище та нижче атмосферного. Під вакуумом ректифікацію проводять, коли поділу підлягають висококиплячі рідкі суміші. Підвищений тиск застосовують для розділення сумішей, що знаходяться в газоподібному стані при більш низькому тиску. Атмосферний тиск приймають при поділі сумішей, що мають температуру кипіння від 30˚С до 150˚С.

Ступінь розділення суміші рідин на складові компоненти і чистота одержуваних дистиляту і кубового залишку залежать від того, наскільки розвинена поверхня контакту фаз, від кількості флегми, що подається на зрошення і пристрою ректифікаційної колони.

У промисловості застосовують тарілчасті, насадкові, плівкові, трубчасті та відцентрові плівкові апарати. Вони розрізняються, в основному, внутрішньою конструкцією апарату, призначення якого - забезпечення взаємодії рідини і пари.

Переважне використання тарілчастих колон у процесах перегонки пояснюється їх значно більшою продуктивністю в порівнянні з насадковими.

За наведеною схемою ректифікаційна установка працює наступним чином. Вихідна суміш з проміжної ємності відцентровим насосом подається до теплообмінника, де підігрівається до температури кипіння насиченою водяною парою.

Нагріта суміш надходить на розділення в ректифікаційну на тарілку живлення (верхню тарілку виснажної частини колони), де змішується із флегмою зі зміцнювальної частини колони.Стікаючи вниз по колоні, рідина взаємодіє з парою, що піднімається вгору і утворюється при кипінні кубової рідини в кип’ятильнику. В результаті цього з рідини видаляється легколеткий (низькокиплячий) компонент.

Пара, збагачена НК, піднімається вгору по колонці і надходить в дефлегматор 3. З дефлегматора сконденсована пара надходить у розподільний стакан 4, де конденсат розділяється на два потоки: один (флегма) повертається на зрошення колони, другий (дистилят) надходить у холодильник дистиляту 5 і далі, в проміжну ємність 7.

З кубової частини колони безперервно відводиться кубовий залишок - продукт, збагачений ВК, що охолоджується в теплообміннику 6 і направляється в ємність 9.

2.     
Розрахунок ректифікаційної колони

Продуктивність колони по дистиляту  і кубовому залишку  визначаємо з рівнянь матеріального балансу колони:

;

.

.

Звідси знаходимо, що

.

Для подальших розрахунків необхідно концентрації вихідної суміші, дистиляту і кубового залишку виразити в мольних долях:

,

де 46 та 18 - відповідно молекулярні маси етилового спирту і води, кг/кмоль.

Аналогічно знаходимо  і :

;

Згідно довідкових даних про температури кипіння, рівновісні склади рідини і пари при 0,1МПа для бінарної суміші, що розглядається, будуємо криву рівноваги в координатах -.

На діаграмі наносимо точку А з координатами = 0,0015 і точку С з координатами = 0,882, а на кривій рівноваги точку В′ з абсцисою =0,156. З точки С через точку В′ проводимо пряму до перетину з ординатою діаграми. На осі ординат відкладаємо відрізок, рівний = 0,42.

Мінімальне число флегми можна розрахувати за формулою:

=

Відповідно до рекомендацій приймаємо коефіцієнт надлишку флегми

Робоче число флегми визначаємо за формулою:

R =

R = 1,7∙1,11 = 1,89.

2.2   
Розрахунок кількості тарілок і висоти колони

Для визначення висоти колони необхідно розрахувати число дійсних тарілок. Воно розраховується за наступною формулою:

.

Для визначення числа теоретичних тарілок на діаграмі - побудуємо лінії робочих концентрацій закріплюючої та вичерпної частини колони. На осі ординат відкладаємо відрізок , величина якого визначається за формулою:

.

.

На осі абсцис наносимо склад кубового залишку , вихідної суміші  і дистиляту . З точок  і  проводимо вертикальні прямі до перетину з діагоналлю (точки А і С). Проводимо пряму через точки D і С. З точки  проводимо вертикальну пряму до перетину з прямою DС (точка В). З’єднуємо точку А з точкою В. Відрізок АВ - лінія робочих концентрацій вичерпної частини колони. Відрізок ВС - лінія робочих концентрацій укріпної частини колони. Число теоретичних тарілок знаходимо шляхом побудування ступінчатої лінії між лінією рівноваги та лініями концентрацій в межах віддо. Від точки А до точки В кількість побудованих ступенів відповідає кількості теоретичних тарілок в нижній частині колони (4 тарілки), від точки В до точки С - у верхній частині колони (8 тарілок).

Для визначення кількості дійсних тарілок приймаємо значення к.к.д. тарілки.

Тоді дійсне число тарілок знайдемо за формулою:

Приймаємо 24 тарілки, з яких 16 тарілок у верхній частині колони, а 8 - у нижній. Тарілкою живлення буде являтись 8 тарілка знизу.

Для колонних апаратів діаметром приймають відстань між тарілками, рівною 300 - 400 мм. Приймаючи відстань від верхньої тарілки до кришки колони = 2420 мм і від нижньої тарілки до днища = 3000 мм, визначимо висоту колони:

= (24 - 1)0,3 + 2,42 + 3,0 = 12,32 (м)

Таким чином висота ректифікаційної колони становить 12,32 м.

ректифікація колона флегмовий

В ході проведення розрахунків матеріального балансу ректифікаційної колони і визначення робочого флегмового числа отримані наступні результати.

Робоче число флегми становить R = 1,89

Визначено склад кубового залишку, дистиляту .

За результатами графічного визначення кількості теоретичних тарілок, дійшли до висновку, що при заданій продуктивності установки для ефективного розділення суміші етиловий спирт - вода необхідно встановити 16 тарілок у виснажній частині та 8 тарілок у зміцнюючій частині ректифікаційної колони. Тарілкою живлення буде являтись 8 тарілка знизу.

Прийнято стандартну колону з ситчастими тарілками діаметром 1200 мм. Загальна висота колони згідно розрахункових даних становить Н=12,32м.

Список використаної літератури

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352 с., ил.

.   Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1995. - Ч. 1, 2. - 766 с.

3.      Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб.пособие для студ. хим-технолог. спец. вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; Под. ред. П.Г. Романкова. - 10-е изд. перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 676 с.

.        Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств./И.И. Чернобыльский, А.Г. Бондарь, Б.А. Гаевский и др.; Под ред. И.И. Чернобыльского. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1974. - 456 с.