Реферат: Расчет ректификационной колонны бензол-толуол

Содержание

Введение

1

Основнаячасть

1.1 Общиесведения

1.2 Основныесвойства смесей жидкостей и их паров

1.3 Схемыректификационных установок

1.3.1Ректификация двойных смесей

1.3.2Ректификация многокомпонентных смесей

1.3.3Ректификация под давлением

1.3.4Дефлегмация

1.3.5Использование тепла при ректификации

1.4 Конструкцииректификационных аппаратов

1.4.1Колпачковые колонны

1.4.1.1 Схемаработы колпачковой тарелки

1.4.1.2 Видыколпачковых тарелок

1.4.2 Сетчатыеколонны

1.4.3 Насадочныеколонны

1.4.4 Барботажныеколонны

1.4.5 Центробежныеректификаторы

1.4.6 Кубы идефлегматоры

1.5 Эксплуатацияректификационных аппаратов

1.6 Ректификациясжиженных газов

1.6.1Разделительный аппарат одинарной ректификации

1.6.2Разделительный аппарат двойной ректификации

2Технологическая схема

3 Расчетнаячасть

4 Список использованнойлитературы

Введение.

1. Основная часть.

1.1 Общиесведения.

Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделениепутем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ,входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то прииспарении компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент, сокращенно НК) переходит в пары, акомпонент с более высокой температурой кипения (высококипящий компонент,сокращенно ВК) остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются,образуя так называемый дистиллят;неиспаренная жидкость называется остатком.Таким образом, в результате перегонки НК переходит в дистиллят, а НК – востаток.

Описанный процесс, называемый простойперегонкой, не даёт, однако, возможности произвести полное разделениекомпонентов смеси и получать их в чистом виде. Оба компонента являются летучимии поэтому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтомуобразующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого НК. Поскольку онвследствие большой летучести испаряется в большой степени, чем ВК, то парыобогащены НК по сравнению с содержанием его в исходной смеси. В описанномявлении и заключается основное отличие перегонки от выпаривания. Привыпаривании один из компонентов (растворенной вещество) нелетуч, и в парыпереходит только летучий компонент (растворитель).

Для достижения более полного разделения компонентов применяют более сложныйвид перегонки – РЕКТИФИКАЦИЮ.

Ректификация – процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостейпутём двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными жидкой ипаровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися противоположнодруг другу. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров,образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров.

Представим себе аппарат, в котором снизу вверх движутся пары, а сверху(навстречу парам) подаётся жидкость, представляющая собой почти чистый НК. Присоприкосновении поднимающихся паров и частичное испарение жидкости. При этом изпаров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряетсяпреимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, аподнимающиеся пары обогащаются НК, в результате чего выходящие из аппарата парыпредставляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор(дефлегматор), где и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошениеаппарата, называется флегмой, а другая часть – отводится в качестве дистиллята.

В настоящее время перегонка и ректификация широко распространены вхимической технологии и применяются для получения разнообразных продуктов вчистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения(разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеродных газов и т.д.)Однако при разделении чувствительных к повышенным температурам веществ, приизвлечении ценных продуктов или вредных примесей из сильно разбавленныхрастворов, разделении смесей близкокипящих компонентов в ряде случае можетоказаться более целесообразным применение экстракции.

1.2 Основныесвойства смесей жидкостей и их паров.

Для понимания процессов перегонки необходимо ознакомиться с некоторымисвойствами жидких смесей, в частности с зависимостью давления пара, температурыкипения и состава паров от состава жидкости. Например, свойства двойных смесей,т.е. смесей, состоящих из двух компонентов, проще всего изучать графическимметодом при помощи диаграмм. Существует три вида диаграмм:

1)

диаграммазависимости давления пара от состава жидкости (р — х-диаграмма);

2)

диаграммзависимости температур кипения и конденсации от состава жидкости и пара (t – x – y-диаграмма);

3)

диаграммаравновесия, выражающая зависимость между составами пара и жидкости (р – х-диаграмма).

В зависимости от взаимной растворимости компонентов различают следующиетипы двойных смесей:

1. Смеси взаимнорастворимых жидкостей, т.е. таких жидкостей, которыерастворимы друг в друге в любых отношениях. Эти смеси в свою очередьразделяются на три группы:

а) смеси жидкостей, в которых силы сцепления между молекулами обоихкомпонентов такие же, что и между молекулами каждого из компонентов (идеальныесмеси);

б) смеси с положительными отклонениями от закона Рауля, в которых силысцепления между молекулами НК и ВК меньше, чем между молекулами каждого изкомпонентов;

в) смеси с отрицательными отклонениями от закона Рауля, в которых силысцепления между молекулами НК и ВК больше, чем между молекулами каждого изкомпонентов.

2. Смеси жидкостей, нерастворимых друг в друге.

3. Смеси частично растворимых жидкостей.

1.3 Схемыректификационных установок.

1.3.1 Ректификация двойных смесей.

Ректификацию можно проводить периодическим и непрерывным способом.

При периодической ректификации(рис. 1) смесь загружается в куб 1 и нагревается паром, проходящим череззмеевик 2. После того, как смесь в кубе закипит, образующиеся пары начинаютпоступать в колонну 3, оттуда по трубе 4 направляются в дефлегматор 5, гдеконденсируются. Часть конденсата (флегма) по трубе 6 стекает обратно в колонну,другая часть (дистиллят) по трубе 7 поступает в холодильник 8 и отсюдаотводится в приёмник дистиллята.

При таком процессе в колонне происходит укрепление паров, а в кубе –исчерпывание смеси. Исчерпывание продолжается в течении некоторого времени,когда достигается требуемый состав смеси, операция заканчивается и остатокотводится из куба.

Рис. 1. Схемаректификационной установки периодического действия:

1-куб;2-змеевик; 3-колонна; 4-труба для отвода паров из колонны; 5-дефлегматор;6-труба для возврата флегмы; 7-труба для отбора дистиллята; 8-холодильник.

Рис. 2. Схема ректификационнойустановки непрерывного действия:

1-теплообменник; 2-укрепляющаяколонна; 3-исчерпывающая колонна; 4-кипятильник; 5-дефлегматор;6-распределительный стакан; 7-холодильник; 8-вентиль, регулирующий отбордистиллята.

По мере протекания процесса условия работыустановки постепенно изменяются. В начале процесса в колонну поступают из кубапары, богатые НК. В этот период нужно сравнительно нужно сравнительноенебольшое количество флегмы, чтобы выделить из паров, содержащийся в них ВК. Входе процесса выходящие из куба пары будут всё более обогащаться ВК, и для выделенияего из паров количество флегмы должно быть увеличено. Если же количество флегмыоставить постоянным, будет возрастать содержание ВК в дистилляте.

При непрерывной ректификации(рис. 2) смесь подаётся в среднюю часть колонны через теплообменник 1, обогреваемыйостатком или паром. В верхней части колонны 2, расположенной выше точки вводасмеси, происходит укрепление паров. В нижней части колонны 3, расположеннойниже точки ввода смеси, происходит исчерпывание жидкости. Из исчерпывающейколонны жидкость стекает в кипятильник (куб) 4, обогреваемый паром. Вкипятильнике образуются пары, поднимающиеся вверх по колонне; остатокнепрерывно отводится из куба. Пары, выходящие из укрепляющей части колонны,поступают в дефлегматор 5, откуда флегма возвращается в колонну, а дистиллятнаправляется в холодильник 7.

Преимущества непрерывной ректификации по сравнению с периодической:

1)

условия работыустановки не изменяются в ходе процесса,что позволяет установить точный режим, упрощает обслуживание и облегчаетавтоматизацию процесса;

2)

отсутствуютпростои между операциями, что приводят к повышению производительностиустановки;

3)

расход тепламеньше, причем возможно использование тепла остатка на подогрев исходной смесив теплообменнике.

Благодаря перечисленным преимуществам в производствах крупного масштабаприменяют главным образом непрерывную ректификацию, периодические процессыректификации находят применение лишь в небольших, неравномерно работающихпроизводствах.

1.3.2 Ректификация многокомпонентных смесей.

Разделение многокомпонентных смесей, как и двойных, производитсяпериодически или непрерывно.

Периодическая ректификация проводится в одной колонне по схеме,показанной на рис. 1, путём последовательного (по времени) отбора отдельныхфракций. При этом наряду с фракциями, содержащими чистые продукты, получаетсябольшое количество промежуточных фракций, содержащих смеси различных продуктов.Промежуточные фракции собирают отдельно и присоединяют к смеси, подаваемой наследующую операцию, или по мере накопления фракций подвергают их отдельнойректификации, что сильно усложняет ведение процесса.

а

б

Рис. 3. Схемыразделения тройной смеси

1, 2 — ректификационныеколонны.

Для непрерывной ректификации многокомпонентных смесей применяют установки,состоящие из нескольких колонн. В каждой колонне отделяется одна из составныхчастей смеси или же смесь вначале разделяется на более простые по составусмеси, из которых в последующих по ходу процесса колоннах выделяются отдельныекомпоненты.

Количество колонн в установке должно быть на единицу меньше числакомпонентов в исходной смеси. Так, для разделения тройной смеси требуются двеколонны, причём процесс можно вести двумя способами. По одному способу (рис. 3, а)в первой колонне 1 отгоняется НК, а остаток, состоящий из смеси СК (компонентсо средней температурой кипения) и ВК, передаётся во вторую колонну 2, гдепроисходит разделение остатка. По другому способу (рис. 3, б)в первой колонне 1отгоняется смесь СК и НК, которая затем разделяется на второй колонне 2, а ВКпереходит в остаток первой колонны.

1.3.3 Ректификация под различным давлением.

В зависимости от температуры кипения разделяемых жидкостей ректификациюпроводят под различным давлением. При температурах кипения от 30 до 150º Собычно применяют ректификацию под атмосферным давлением. Ректификацию в вакуумеприменяют при разделении высококипящих жидкостей для снижения температур ихкипения. Ректификацию под давлением проводят при разделении жидкостей с низкойтемпературой кипения, в частности при разделении сжиженных газов.

Давление в кубе всегда больше давления наверху колонны на величину еегидравлического сопротивления. Это имеет особенно большое значение для процессаректификации, проводимого в вакууме, так как в случае большого гидравлическогосопротивления колонны разрежение в кубе может оказаться недостаточным даже приочень глубоком вакууме наверху колонны. Поэтому гидравлическое сопротивлениеколонн, работающих при разрежении, должно быть возможно меньше.

1.3.4 Дефлегмация.

Дефлегмацию ведут при частичной или полной конденсации паров.

При частичной конденсации (рис. 4, а) в дефлегматоре 1 конденсируетсячасть паров, требуемая для образования флегмы. Остальная часть паров поступаетв конденсатор 2, где образуют дистиллят, который затем охлаждается вхолодильнике 2, где образует дистиллят, который затем охлаждается вхолодильнике 3. При частичной конденсации происходит некоторое обогащение параНК и получается дистиллят с меньшим содержанием ВК, чем в парах, выходящих изколонны. Частичная конденсация применяется при простой перегонке. Приректификации частичная конденсация также применяется часто, но в этом случаеона не даёт особых преимуществ, так как укрепляющее действие дефлегматоранезначительно.

<img src="/cache/referats/21155/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1081">При полнойконденсации (см. рис. 2) поступающие из колонны пары полностью конденсируются вдефлегматоре 5. Конденсат стекает в стакан 6, где делится на две части. Одначасть стекает в холодильник 7 и далее в сборник дистиллята. Другая частьвытекает из стакана через переливную трубу и возвращается в колонну в качествефлегмы. Количество отбираемого дистиллята регулируется при помощи вентиля 8.

а б

Рис. 4. Схемыдефлегмации:

а – причастичной конденсации; б – при полной конденсации (с подачей флегмы насосом).1-дефлегматор; 2-конденсатор; 3-холодильник; 4-сборник;

5-насос;6-трубка.

По другой схеме полной конденсации (рис. 4, б) дефлегматор 1 располагаютниже верха колонны. Конденсат отводится в сборник 4. Флегма подается наорошение колонны насосом 5. Дистиллят отбирается из сборника 4 или из напорнойлинии насоса.

Трубка 6 сообщается с атмосферой (непосредственно или гидравлическийзатвор) или, при ректификации в вакууме, присоединяется к вакуум-насосу.

Основное преимущество полной конденсации заключается в возможностиболее простого и точного регулирования процесса.

1.3.5 Использование тепла при ректификации.

При ректификации тепло расходуется на испарение флегмы и дистиллята, атакже на нагревание остатка. Тепло испарения отводится с охлаждающей водой вдефлегматоре, тепло остатка теряется вместе с ним или отводится в холодильнике,в котором обычно охлаждают остаток.

При непрерывной ректификации тепло остатка может быть использовано дляпредварительного подогрева исходной смеси до температуры кипения. Для этогогорячий остаток пропускают через теплообменник (см. рис. 2), в которомподогревается смесь, поступающая на ректификацию. Можно также охлаждатьисходной смесью дефлегматор; нагретая в дефлегматоре смесь поступает затем втеплообменник, где подогревается остатком. Для подогрева смеси можноиспользовать и конденсат водяного пара, обогревающего кипятильник колонны.

1.4Конструкции ректификационных колонн.

Ректификационные колонны отличаются, в основном, конструкциейвнутреннего устройства для распределения жидкой и паровой фаз. Взаимодействиежидкости и пара осуществляется в колоннах путём барботирования пара через слойжидкости на тарелках или же путём поверхностного контакта пара и жидкости нанасадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой плёнкой.

В ректификационных установках применяют три основных типа колонн:

1) колпачковые,

2) сетчатые,

3) насадочные,

4) барботажные.

Разработаны также конструкции аппаратов для ректификации, в которыхинтенсификация процесса разделения достигается под действием центробежной силы(центробежные ректификаторы).

1.4.1 Колпачковые колонны.

Эти колонны наиболее распространены в ректификационных установках. Нарис.5 схематически изображена колонна небольшого диаметра, состоящая из тарелок1, на каждой из которых имеется один колпачок 2 круглого сечения и патрубок 3для прохода пара. Края колпачка погружены в жидкость. Благодаря этому натарелке создается гидравлический затвор,и пар, выходящий из колпачка, должен проходить через слой жидкости, находящийсяна тарелке. Колпачки имеют отверстия или зубчатые прорези для раздробления парана мелкие пузырьки, т.е. для увеличения поверхности его соприкосновения сжидкостью.

Приток и отвод жидкости, а также высоту жидкости на тарелке регулируютпри помощи переливных трубок 4, которые расположены на диаметрально противоположныхконцах тарелки; поэтому жидкость течет на соседних тарелках во взаимнопротивоположных направлениях.

Рис. 5. Схемаустройства тарельчатой (колпачковой) колонны: 1-тарелка; 2-колпачок; 3-паровойпатрубок; 4-переливная трубка.

1.4.1.1 Схема работы колпачковой тарелки.

Схема работы колпачковой тарелки изображена на рис. 6. Выходящие черезпрорези колпачки пузырьки пара сливаются в струйки, которые проходят через слойжидкости, находящейся на тарелке, и над жидкостью образуется слой пены и брызг,- основная область массообмена и теплообмена между паром и жидкостью натарелке.

Процесс барботажа на тарелке весьма сложен. Проводившиеся до сих пор исследования(В. Н. Стабников, А. М. Шуер и др.) дают возможность представить лишькачественную картину процесса.

При движении струйки пара обычно сливаются друг с другом; при этомнекоторая часть сечения прорезей обнажается и образуются каналы, по которым газпроходит из-под колпачка сквозь жидкость. Поэтому поверхность взаимодействиягаза с жидкостью непосредственно в зоне барботажа невелика. Основная зонафазового контакта находится в области пены и брызг над жидкостью, которыеобразуются вследствие распыления пара в жидкости и уноса брызг при трении парао жидкость.

Интенсивность образования пены и брызг зависит от скорости пара иглубины погружения колпачка в жидкость. Сечение и форма прорезей колпачка имеютвторостепенное значение, но желательны узкие прорези, так как они разбивают газна более мелкие струйки, увеличивая поверхность соприкосновения с жидкостью.

<img src="/cache/referats/21155/image014.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1083">Работаколпачка в оптимальных условиях при предельной скорости и наибольшего к.п.д.высота открытия прорези колпачка наибольшая, что способствует увеличению путипаров и времени их контакта с жидкостью.

Рис. 6. Схемаработы колпачковой тарелки.

1.4.1.2 Виды колпачковых тарелок.

1. Колпачковаятарелка с радиальным переливом жидкости.

Для создания достаточной поверхности соприкосновения между паром ижидкостью на тарелках обычно устанавливают не один, а большое число колпачков(рис. 7).

Колпачки располагают на близком расстоянии друг от друга (равен всреднем 1,5 диаметра колпачка) с тем, чтобы пузырьки, выходящие из соседнихколпачков, прежде чем принять вертикальное направление движения, могли бысталкиваться друг с другом.

Типовые Колпачковые тарелки изготовляют с радиальным и с диаметральнымпереливом жидкости. Тарелки первого типа (рис. 3, а) представляют собойвырезанные из стального листа диски 1 и 2, которые крепятся на болтах 7 ипрокладках 8 к опорному кольцу 3. Колпачки 4 расположены на тарелке в шахматномпорядке. Жидкость переливается на лежащую ниже тарелку по периферийнымпереливным трубкам 5, течёт к центру и сливается на следующую тарелку поцентральной переливной трубке 6, затем снова течёт к периферии и т.д.

Рис. 7.Колпачковая тарелка с радиальным переливом жидкости.

1 и 2-диски;3-опорное кольцо; 4-колпачки; 5-периферийные колпачковые трубки; 6-центральнаяпереливная трубка; 7-болты; 8-прокладки.

2. Колпачковаятарелка с диаметральным переливом жидкости.

Тарелки этого типа (рис. 8) представляют собой срезанный с двух сторондиск 1, установленный на опорном листе 2, с одной стороны тарелка ограниченаприёмным порогом 3, а с другой стороны – переливным порогом 5 со сменнойгребенкой 6, при помощи которой регулируют уровень жидкости на тарелке.

В тарелке этой конструкции периметр слива увеличен путём замены сливныхтруб сегментообразными отверстиями, ограниченными перегородками 7 для того,чтобы уменьшить вспенивание и брызгообразование при переливе жидкости.

Рис. 8.Колпачковая тарелка с диаметральным переливом жидкости.

1-диск;2-опорный лист; 3-приёмный порог; 4-колпачки; 5-переливной порог; 6-сменная гребёнка;7-перегородка.

3. Колпачковаятарелка с туннельными колпачками.

В тарелках с туннельными колпачками (рис. 9) колпачки 1 представляютсобой стальные штампованные пластины полукруглого сечения с гребенчатымикраями; каждый колпачок устанавливают над желобом 2 строго горизонтально припомощи двух уравнительных шпилек 3. Жидкость сливается через переливной порог 4в сегментный карман 5, затем через три переливных трубки 6 – в приёмныйсегментный карман следующей тарелки. Здесь образуется гидравлический затвор, иподнимающиеся по колонне пары не могут проходить на тарелку, лежащую выше,минуя колпачки. Ток жидкости на тарелках – диаметральный.

На тарелках такого типа можно легко регулировать высоту слоя жидкости,быстро производить установку в горизонтальной плоскости имеющегося на нейнебольшого числа колпачков и, следовательно, создавать благоприятные условиядля равномерного распределения паров. Конструкция тарелки отличается простотоймонтажа и демонтажа.

Рис. 9.Колпачковая тарелка с туннельными колпачками.

1-колпачки;2-желоб; 3-шпилька; 4-переливной порог; 5-сегментный карман; 6-переливныетрубки; 7-опорный уголок с вырезами.

Ректификационные тарельчатые колонны с круглыми (капсульными) итуннельными колпачками, предназначенные для работы под атмосферным давлением,имеют диаметры 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2200, 2600 и <st1:metricconverter ProductID=«3000 мм» w:st=«on»>3000 мм</st1:metricconverter>. Эти колонныизготавливают из углеродистой стали. Разделение химически активных смесейпроизводят в колоннах из кислотоупорных сталей, высококремнистого чугуна идругих химически стойких материалов.

1.4.2 Сетчатые колонны.

еще рефераты

Еще работы по технике

Реферат по технике

Автоматизация парового котла ДКВР 20 - 13

29 Августа 2013

Реферат по технике

Проект электрической осветительной установки бройлерного цеха

29 Августа 2013

Реферат по технике

Расчёт мощности судовой электростанции

29 Августа 2013

Реферат по технике

Электрические станции и подстанции

29 Августа 2013