Расчет и проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси: бутан-пентан

курсовая работа

Введение

колонна ректификационный кипятильник дефлегматор

Ректификация -- физический процесс разделения жидких смесей на практически чистые компоненты или фракции, различающиеся температурой кипения.

Различают смеси из двух компонентов (бинарные), многокомпонентные и сложные (непрерывные). К сложным смесям относят нефть и ее фракции.

Процесс ректификации основан на том, что в условиях равновесия системы пар -- жидкость паровая фаза содержит больше низкокипящих компонентов, а жидкая -- больше высококипящих компонентов. Ректификацию осуществляют путем противоточного многократного контактирования неравновесных фаз -- более нагретой паровой фазы и жидкой фазы с меньшей температурой. При контактировании фаз протекает процесс тепломассообмена.

Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах - колоннах: пары перегоняемой жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз протекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть колонны. Между жидкой и паровой фазами возникает массообмен, вследствие которого пары по мере их продвижения по колонне обогащаются легколетучим компонентом, а жидкость - менее летучим компонентом. В конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, конденсация которого дает готовый продукт - дистиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемый кубовый остаток, который, так же как и дистиллят, может быть конечным продуктом перегонки.

Ректификация осуществляется, как и всякий диффузионный процесс, в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости путем испарения части жидкости в нижней части колонны.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных 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).

Непрерывная ректификация не может применяться в малотоннажных производствах из-за трудностей подачи, измерения и регулирования малых потоков и невозможности использования нормализованных колонн и теплообменников. Периодическая ректификация свободна от этих недостатков, но требует постоянного контроля качества дистиллята и эффективного управления процессом.

Непрерывная ректификация многокомпонентных смесей осуществляется в установках, состоящих из ряда ректификационных колонн непрерывного действия, соединение которых в общую схему может быть различным. Каждая из колонн разделяет поступающую в нее смесь на два продукта, один из которых - дистиллят, а второй - кубовый остаток. Поэтому при наличии хотя бы трех компонентов в исходной смеси их разделение на три продукта происходит в двух колоннах.

Для непрерывной ректификации смесь, подлежащую разделению, вводят сбоку в центральную часть колонны. В таких колоннах верхняя часть называется укрепляющей, а нижняя - исчерпывающей. В результате работы колонны в сосуде, соединенном с нижней частью колонны, собирается жидкость, обогащенная высококипящим компонентом, а в дистиллят переходит низкокипящий компонент. Определение эффективности таких колонн, а также границы между укрепляющей и исчерпывающей частями для ректифицируемой смеси данного состава осуществляется аналогично тому, как и для колонн периодического действия.

Ректификационные тарелки расположены горизонтально на определенном расстоянии друг от друга и служат для создания лучшего контакта между парами, идущими снизу вверх, и жидкостью, передвигающейся сверху вниз.

Число ректификационных тарелок в колонне в основном зависит от следующих факторов: требуемой четкости ректификации; разности температур кипения разделяемых фракций; количества подаваемого в колонну орошения.

Ректификационные тарелки предназначены для создания тесного контакта между парами и жидкостью в процессе ректификации. Применяют в основном желобчатые, колпачковые, S-образные и клапанные тарелки, реже - ситчатые.

Колпачковые тарелки можно изготовлять из чугуна, меди, керамики, углеграфита, пластмасс и др.

Тарелка работает следующим образом. Поступающая жидкость заполняет тарелку на высоту, определяемую сливной перегородкой, при этом прорези колпачков должны быть погружены в жидкость. Пар проходит через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости. Газ и жидкость взаимодействуют в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана к сливной перегородке и далее на расположенную ниже тарелку, а газ -- вверх по оси колонны.

Тарелки с капсульными колпачками имеют относительно высокий КПД (0,75--0,80) и работают в широком диапазоне производительностей по газу. Их можно использовать при нестабильных нагрузках по жидкости и пару. Для этих тарелок F ? 1 (м/с) (кг/м3)-0.5, а гидравлическое сопротивление, зависящее от глубины погружения колпачка, не превышает 1 кПа.

К недостаткам этих тарелок следует прежде всего отнести значительные металлоемкость и трудоемкость изготовления.

Делись добром ;)