2. Технологическая часть
Ректификация -- массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции. Поэтому методы подход к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имею много общего. Тем не менее, ряд особенностей процесса ректификации (различие соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет.
Одна из сложностей заключается в отсутствии обобщенных закономерностей для расчета кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов (в приведенных в данной главе примерах в основном использованы эти рекомендации).
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рисунке 8. Исходную смесь из промежуточной емкости центробежным насосом 10 подают в теплообменник 5, где она подогревается кубовой жидкостью, а затем попадает в догреватель 11, где и доводится до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси хF.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 2. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW , т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хР , получаемой в дефлегматоре 3 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 6 и направляется в промежуточную емкость 9.
Из кубовой части колонны непрерывно выводится кубовая жидкость - продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, часть которого охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в емкость 8, а часть направляется к подогревателю исходной смеси 5.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).
3. Инженерные расчёты
Для инженерных расчетов установки необходимо знать свойства веществ при определённых температурах. Основными диаграммами для определения этих свойств являются диаграммы: состав пара - состав жидкости, и зависимость температуры кипения от состава. В приложение 1 приведены диаграммы указанных свойств бинарной системы ацетон- уксусная кислота.
- Введение
- 1. Аналитический обзор
- 1.1 Конструкции ректификационных колонн
- 1.3 Виды колпачковых тарелок
- 2. Технологическая часть
- 3.1 Равновесные данные
- 3.2 Материальный баланс
- 3.3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости
- 3.4 Тепловой расчёт установки
- 3.5 Гидравлический расчет
- 3.5.1 Расчет скорости пара и диаметра колонны
- 3.5.2 Расчет высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
- 3.5.3 Брызгоунос
- 3.5.4 Захлебывание
- 3.5.5 Определение кинетических параметров
- 3.5.6 Локальная эффективность тарелки
- 3.5.7 Расчет высоты колонны
- 3.5.8 Определение высоты колонны и гидравлического сопротивления
- 3.6 Подробный расчет дефлегматора
- 3.6.1 Температурная схема процесса
- 3.6.2 Выбор теплообменника
- 3.6.3 Расчет коэффициентов теплоотдачи
- 3.6.4 Термическое сопротивление стенки и загрязнений
- 3.6.5 Метод итераций
- 3.6.6 Уточнение коэффициентов теплопередачи и поверхности теплоотдачи
- Выводы