Типовое оборудование для проектируемой установки

1.3. Типовое оборудование для проектируемой установки

Для проведения процессов ректификации применяются 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 под 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 снабжены теплообменными устройствами — кипятильником (кубом) и дефлегматором. Кроме того, для уменьшения потерь тепла в окружающую среду ректи­фикационные аппараты покрывают тепловой изоляцией.

Кипятильник или куб, предназначен для превращения в пар части жидкости, стекающей из колонны, и подвода пара в ее нижнюю часть (под насадку или нижнюю тарелку). Кипятильники имеют поверх­ность нагрева в виде змеевика или представляют собой кожухотрубчатый теплообменник, встроенный в нижнюю часть ко­лонны (рис. 1.12., а). Более удобны для ремонта и замены выносные кипятильники (см. рис. 1.7.), которые устанавливают ниже колонны с тем, чтобы обеспечить естественную циркуляцию жидкости.

В периодически действующих колоннах куб является не только испа­рителем, но и емкостью для исходной смеси. Поэтому объем куба должен быть в 1,3—1,6 раза больше его единовременной загрузки (на одну опера­цию). Обогрев кипятильников наиболее часто производится водяным насы­щенным паром.

Дефлегматор, предназначенный для конденсации паров и по­дачи орошения (флегмы) в колонну, представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого обычно конденси­руются пары, а в трубах движется охлаждающий агент (вода). Однако вопрос о направлении конденсирующихся паров и охлаждающего агента внутрь или снаружи труб следует решать в каждом конкретном случае, учитывая желательность повышения коэффициента теплопередачи и удобство очистки поверхности теплообмена.

В случае частичной конденсации паров в дефлегматоре его рас­полагают непосредственно над колонной (рис. 1.12., а), чтобы обеспе­чить большую компактность установки, либо вне колонны (см. рис. 1.7.). При этом конденсат (флегму) из нижней части дефлегматора подают непосредственно через гидравлический затвор наверх колонны, так как в данном случае отпадает необходимость в делителе флегмы.

В случае полной конденсации паров в дефлегматоре его устанавли­вают выше колонны (см. рис. 1.7.), непосредственно на колонне (см. рис. 1.12., а) или ниже верха колонны (рис. 1.12., б) 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.

Рис. 1.12. Варианты установки дефлегматоров:

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

Б а р б о т а ж н ы е колонны в процессах ректификации наиболее широко распространены. Они применимы для больших производительностей, широкого диапа­зона изменений нагрузок по пару и жидкости и могут обеспечить весь­ма четкое разделение смесей. Недо­статок барботажных аппаратов—от­носительно высокое гидравлическое сопротивление—в условиях ректи­фикации не имеет такого существенного значения, как в процессах аб­сорбции, где величина р связана со значительными затратами энергии на перемещение газа через аппарат. При ректификации повышение гидрав­лического сопротивления приводит лишь к некоторому увеличению дав­ления и соответственно к повышению температуры кипения жидкости в кипятильнике колонны. Однако тот же недостаток (значительное гид­равлическое сопротивление) сохраняет свое значение для процессов ректификации под вакуумом.

В н а с а д о ч н ы х колоннах (рис. 1.13.) 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 применяют насадки с возможно большим свободным объемом.

В самой ректификационной колонне не требуется отводить тепло, как в абсорберах. 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.

Рис. 1.13. Насадочная ректификационная колонна с кипятильником

1-корпус; 2-насадка; 3-опорная решетка; 4-перераспределитель флегмы; 5-патрубок для слива кубового остатка; 6-кипятильник; 7-ороситель.

Как уже отмечалось, в насадочных колоннах поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность н а с а д ­к и. Поэтому насадка должна иметь возможно большую поверх­ность в единице объема. Вместе с тем для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим тре­бованиям: 1) хорошо смачиваться орошающей жидкостью, т.е. материал насадки по отношению к орошающей жидкости должен быть лиофильным; 2) оказывать малое гидравлическое сопротивле­ние газовому потоку, т.е. иметь возможно большее значение сво­бодного объема или сечения насадки; 3) создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу; для этого насадка должна также иметь большие значения или S_CB; 4) иметь малую плотность; 5) равномерно распределять орошающую жидкость; 6) быть стойкой к агрессивным средам; 7) обладать высокой механи­ческой прочностью; 8) иметь невысокую стоимость.

Очевидно, что насадок, которые бы полностью удовлетворяли всем указанным требованиям, не существует, так как соответствие одним требованиям нарушает соответствие другим (например, уве­личение удельной поверхности а насадки влечет за собой повышение гидравлического сопротивления, а также снижение предельно допус­тимых скоростей газа и т.д.).

Поэтому в промышленности используют большое число разно­образных по форме и размерам насадок, изготовленных из различ­ных материалов (металла, керамики, пластических масс и др.), которые удовлетворяют основным требованиям при проведении того или иного процесса ректификации.

В качестве насадки наиболее широко применяют тонкостенные кольца Рашига (Приложение 1, а), имеющие высоту, равную диаметру, который изменяется в пределах 15-150 мм. Кольца малых разме­ров засыпают в колонну навалом. Большие кольца (от 50х50 мм и выше) укладывают правильными рядами, сдвинутыми друг отно­сительно друга. Такой способ заполнения аппарата насадкой назы­вают загрузкой в укладку, а загруженную таким способом насадку - регулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед не­регулярной, навалом засыпанной в колонну: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако регулярная насадка требует более сложных по устройству оросителей, чем насадка, засыпанная навалом.

Хордовую насадку (см. Приложение 1, б) обычно применяют в колоннах большого диаметра. Несмотря на простоту ее изготовления, хордовая насадка вследствие небольших удельной поверхности и свободного сечения вытесняется более сложными и дорогостоя­щими видами фасонных насадок, часть из которых представлена в Приложение 1, б. В табл. 1.1. приведены основные характеристики наса­док некоторых типов.

Таблица 1.1. Характеристики насадок

		Удельная	Свобод-	Эквивалент-	Масса \
Насадка	Размеры элемен-	поверхность,	ный	ный диаметр,	1 м3 на -
	та, мм	М2/М3	объем,	м	садки, кг
			М3/М3
. Регулярная насадка
Деревянная хордовая	10	100	0,55	0,022	210
(шаг в свету	20	65	0,68	0,042	145
10 х 100 мм)
Керамические кольца	50 х 50 х 50	НО	0,735	0,027	650
Рашига	80 х 80 х 8	80	0,720	0,036	670
	100 х 100 х 100	60	0,720	0,048	670
Засыпка в навал
Керамические кольца	15 х 15 х 2	330	0,700	0,009	690
Рашига	25 х 25 х 3	200	0,740	0,015	530
	50 х 50 х 5	90	0,785	0,035	530
Стальные кольца	10 х 10 х 0,5	500	0,880	0,007	960
Рашига	15 х 15 х 0,5	350	0,920	0,009	660
	25 х 25 х 0,8	220	0,920	0,017	640
Керамические кольца	25 х 25 х 3	220	0,740	0,014	610
Палля	50 х 50 х 5	120	0,780	0,026	520
Стальные кольца	25 х 25 х 0,6	235	0,900	0,01	525
Палля	50 х 50 х 1	108	0,900	0,033	415
Керамические седла	12,5	460	0,680	0,006	720
Берля	25	260	0,690	0,011	670
	38	165	0,700	0,017	670

При выборе размеров насадки необходимо учитывать, что с уве­личением размеров ее элементов увеличивается допустимая ско­рость газа, а гидравлическое сопротивление насадочной колонны снижается. Общая стоимость колонны с крупной насадкой будет ниже за счет снижения диаметра колонны, несмотря на то, что высота насадки несколько увеличится по сравнению с таковой в колонне, заполненном насадкой меньших размеров.

Если необходимо провести глубокое разделение газовой смеси, требующее большого числа единиц переноса, то в этом случае рациональнее использовать мелкую насадку.

При выборе размера насадки необходимо соблюдать условие, при котором отношение диаметра D колонны к эквивалентному диаметру d_Э насадки

D/d_Э 10.

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

В ректификационных аппаратах пленочного типа достигается низкое гидравлическое 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 из перфорированных металли­ческих листов или металлической сетки. Одна из распространенных конструкций роторно-пленочных колонн показана на рис. 1.14. Она состоит из колонны, или ректифи­катора 1, снабженного наружным обогревом через паровые рубашки 2 и ротором 3, ротор­ного испарителя 4 и конденсатора 5. Ротор, представляющий собой полую трубу с лопастя­ми, охлаждаемую изнутри водой, вращается внутри корпуса колонны. Исходная

Рис.1.14. Схема роторно-пленочной ректификационной колонны.

1-колонна; 2-рубашка для обогрева; 3-ротор; 4-роторный испаритель; 5-конденсатор-дефлегматор; 6-штущер для ввода исходной смеси; 7- штуцер для ввода флегмы; 8-штуцер для ввода пара; 9-штуцер для вывода остатка.

смесь по­дается в колонну через штуцер 6. Сверху ко­лонна орошается флегмой, поступающей из конденсатора 5 через штуцер 7. Пар подается в колонну через штуцер 8 из испарителя 4, снаб­женного неохлаждаемым ротором и аналогич­ного пленочному выпарному аппарату. Под­нимаясь в пространстве между ротором 3 и корпусом колонны 1, пар конденсируется на наружной поверхности ротора. Образующаяся пленка конденсата отбрасывается под дейст­вием центробежной силы по поверхности ло­пастей ротора к периферии. Попадая на обо­греваемую внутреннюю поверхность, жидкость испаряется и образующийся пар поднимается кверху. Таким конденсационно-испарительным способом (при работе вне адиабатических условиях) достигается четкое разделение смеси при малом времени ее пребывания в ап­парате и незначительном перепаде давле­ний по высоте колонны, так как большая часть внутреннего пространства корпуса заполнена потоком пара. Ро­торные испарители типа испарителя 4 могут быть использованы в каче­стве самостоятельных аппаратов для вакуумной дистилляции смесей, чувствительных к высоким температурам.

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

В случае загрязненных сред целесообразно применять регуляр­ные насадки, в том числе при работе под повышенным давлением. Для этих сред можно использовать также так называемые колонны с плавающей насадкой. В качестве насадки в таких колоннах обычно применяют легкие полые шары из пластмассы, которые при достаточно высоких скоростях газа переходят во взвешенное состояние. Вследствие их интенсивного взаимодействия такая насадка практически не загрязняется.

В колоннах с плавающей насадкой возможно создание более высоких скоростей, чем в колоннах с неподвижной насадкой. При этом увеличение скорости газа приводит к расширению слоя шаров, что способствует снижению скорости газа в слое насадки. Поэтому существенное увеличение скорости газового потока в таких аппара­тах (до 3-5 м/с) не приводит к значительному возрастанию их гидравлического сопротивления.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Виды насадок

2 3

a.

1 2 3 6 7

4 8

5

б

а - насадка из колец Рашига: 1-отдельное кольцо; 2-кольца навалом; 3-регулярная насадка; б - фасонная насадка: 1-кольца Палля; 2 -седлообразная насадка; 3- кольца с крестообразными перегородками; 4 -керамические блоки; 5-витые из проволоки насадки; 6-кольца с внутренними спиралями; 7-пропеллерная насадка; 8-деревянная хордовая насадка

Б Г ТУ

ФАКУЛЬТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Зав.кафедрой

“_______"___________ " 2003 г “

ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Студенту Кардашу А. В.

1. Тема проекта: Рассчитать и спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения бинарной смеси _______________________________

____________________________

2. Сроки сдачи cтудентом законченного проекта

3. Исходные данные к проекту:

3.1. Производительность: ______________

по исходной смеси ___________________

по дистилляту________________________

по кубовому остатку_______6000 кг/ч_____

3.2. Содержание легколетучего компонента в:

а) исходной смеси __0.22____ % Мольные

б) дистилляте_______0.9___ % Мольные

в) кубовом остатке _0.08____ % Мольные

3.3. Температура исходной смеси__35_С______

3.4. Температуры греющего пара и охлаждающей воды во вспомогательном оборудовании выбрать самостоятельно.

3.5.Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается в теплообменнике с использованием тепла кубового остатка (паров флегмы и дистиллята).

3.6. Тип колонны ______________________

3.7. Тип контактных устройств____________

3.S. Давление вверху колоны ___________

* - параметры выбрать самостоятельно

4. Содержание расчётно-пояснитсльной записки изложено на обороте бланка задания

5. Перечень графического материала:

5.1. Схема установки 1 лист (А1).

5.2. Общий вид аппарата с необходимыми разрезами сечениями отдельными узлами

(по указанию преподавателя. А1 )

5.3. Чертеж сборочной единицы, рабочие чертежи деталей (А 1. только для спец.: Т.05.03.01 МиАХП).

6. Консультанты по проекту: Протасов С. К.

7. Дата выдачи задания 7.09.2003

8. Календарный график работы нал проектом:

8.1. Литературный обзор 24.09.2003

8.2. Обоснование и описание установки 1.10.2003

8.3. Подробный расчёт ректификационной колонны 29.10.2003

8.4. Подробный расчет теплообменника 19.11.2003

8.5. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования 3.12.2003

8.6. Выполнение графической части 22.12.2003

8.7. Защита проекта

РУКОВОДИTЕJIЬ __Протасов C. К.___________________

Задание принял к исполнению ______________________________ « 9 » Сентября 2003 г

Содержание расчетно-пояснительной записки

Пояснительная записка включает: титульный лист, задание на проектирование, реферат, содержание, введение, литературный обзор, описание технологической схемы установки, расчет основного аппарата, подробный расчет одного из теплообменников, расчет и подбор вспомогательного оборудования, заключение и список использованных источников. При не­обходимости в состав пояснительной записки включают список условных обозначений и приложения. Список основных обозначений помещают по­сле содержания, а приложения после списка использованных источни­ков. Задание на проектирование выдается руководителем проекта.

2. Реферат содержит сведения об объеме проекта, перечень ключе­вых слов, краткую аннотацию материалов проекта.

3. Содержание включает перечень наименований разделов и подраз­делов, в которых состоит пояснительная записка.

4. Во введении кратко отражаются роль и перспективы развития хи­мической промышленности, роль технологического процесса и назначение проектируемой установки. Объем введения не должен превышай, двух листов.

5. В литературном обзоре приводится описание: 1) теоретических основ разрабатываемого процесса; 2) основных технологических схем для для проведения; 3) типового оборудования для проектируемой установки.

По заданию преподавателя литературный обзор может быть допол­нен патентным обзором по современному аппаратурно-технологическому оформлению процесса.

6. Обоснование и описание технологической схемы включают: обос­нование ее выбора, обоснование выбора основного аппарата и вспомога­тельного оборудования с кратким описанием их конструкций и принципа действия; подробное описание принципа действия разрабатываемой установки.

Описание технологической схемы завершается кратким обосновани­ем мероприятий по охране окружающей среды, т.е. по предотвращению и обезвреживанию вредных промышленных выбросов.

7. Расчет основного аппарата зависит от его назначения, типа и кон­струкции. Он содержит технологический и конструктивный расчеты по существующим методикам.

8. Подробный расчет теплообменника включает в себя как теплотех­нический, так и гидравлический расчеты.

9. Подбор вспомогательного оборудования (обычно стандартного и нормализованного) производится на основе ориентировочных расчетов.

10. В заключение приводятся характеристики установки, основного аппарата и вспомогательного оборудования.

11. Список использованных источников включает перечень литера­туры и других источников, использованных при выполнении курсового проекта.

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КУPCОВОГО П РОЕКТА ПО ВСЕМ ТЕМАМ РУКОВОДСТВОВАТЬСЯ:

1. Калишук Д. Г. , Протасов С.К., Марков В.А. Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к курсовому проектиро­ванию по одноименной дисциплине для студ. очного и заочного обучения. - Мн.: Ротапринт БГТУ, 1992.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования : “Белорусский государственный технологический университет”

Кафедра ПИАХП

Расчётно-пояснительная записка

К курсовому проекту по курсу ПИАХТ

на тему: Расчёт и проектирование ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси бензол-толуол.

Разработал: студент

Факультета ТОВ 4к. 1 гр.

Кардаш А. В.

Проверил: Протасов С К

Минск 2003

РЕФЕРАТ

Записка содержит:

5 – таблиц; 20 - рисунков; 2 приложения; 67 листов.

РЕКТИФИКАЦИЯ, КОЛОНА, ТАРЕЛКА, НАСАДКА, ДИСТИЛЯТ, ФЛЕГМА, НАСОС, ТЕПЛООБМЕННИК, ШТУЦЕР, ТРУБОПРОВОД, ПАР, КОНДЕНСАТ.

В данной расчетно-пояснительной записке приведен тепловой, материальный, гидравлический расчет ректификационной установки включающую в себя теплообменную аппаратуру, трубопроводы, ёмкости для продуктов перегонки и саму колону. Выполнен также подбор стандартного оборудования и оптимальной технологической схемы для проведения процесса. Проведен полный гидравлический и тепловой расчёт теплообменника

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………	6
1. Литературный обзор…………………………………………………………	7
1.1 Теоретические основы разрабатываемого проц6есса…………………….	7
1.1.1 Общие сведения о процессе ректификации…………..……………	7
1.1.2 Равновесие в системах жидкость-пар………………………………	8
1.1.3 Материальный и тепловой балансы ректификационной колоны...	11
1.2 Основные схемы для проведения процесса……………………………….	17
1.2.1 Непрерывная ректификация………………………………………...	18
1.2.2 Периодическая ректификация………………………………………	19
1.2.3 Экстрактивная и азеотропная ректификация………………………	20
1.3 Типовое оборудование для проектируемой установки…………………..	23
2.Описание и обоснование установки…………………………………………	29
3.Расчёт ректификационной колонны……………….…………………………	31
3.1 Особенности расчёта тарельчатой ректификационной колоны………….	31
3.1.1 Материальный баланс колонны и………………………………….	31
3.1.2. Определение рабочего флегмового числа…..…………………….	32
3.1.3. Определение среднемассового расхода по жидкости…………….	35
3.1.4. Определение среднемассового расхода по пару…….…………….	35
3.1.5. Скорость пара и диаметр колонны………………………………….	36
3.2.Определение высоты колоны………………………………………………	38
3.2.1 Определение высоты колоны по кинетической кривой…………..	38
3.2.2. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя………………………………………………………..	40 39
3.2.3 Определение коэффициентов массопередачи……………………..	43
3.2.4 Определение эффективности тарелки……………………………..	45
3.3. Расчет гидравлического сопротивления тарелок колонны……………..	50
3.4. Расчёт штуцеров…………………………………………………………….	51
3.5 Тепловой баланс ректификационной колоны……………………………..	51
4.Подробный расчёт теплообменника…………………………………………	54
5. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования…………………………	58
5.1. Расчёт кожухотрубчатого испарителя……………………………………..	58
5.2. Расчёт теплообменника подогревателя…………………………………….	58
5.3. Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)………………...	59
5.4. Расчёт холодильника дистиллята…………………………………………..	60
5.5 Выбор насоса для перекачивания исходной смеси……………………….	60
5.6 Определение высоты всасывания…………………………………………...	63
Заключение………………………………………………………….……………	64
Список использованных источников…………………………………………..	65
Приложение 1……………………………………………………………………	66
Приложение 2……………………………………………………………………	67

ВВЕДЕНИЕ

На всем протяжении своего развития химия служит человеку в его практической деятельности. Еще задолго до новой эры возникли ремесла, в основе которых лежали химические процессы: получение металлов, стекла, керамики, красителей.

Роль современной химии в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства исключительно велика. Без развития химии невозможно развитие топливно-энергетического комплекса, металлургии, транспорта, связи, строительства, электроники, сферы быта и услуг и т. д. Химическая индустрия снабжает народное хозяйство различными материалами и сырьем. Это кислоты, щелочи, растворители, топливо, масла, пластмассы, химические волокна, синтетические каучуки, минеральные удобрения и многие другие. В различных отраслях промышленности используются химические методы, например катализ (ускорение процессов), защита металлов от коррозии, обработка деталей химическим способом.

Исключительно большое значение химия имеет в энергетике, которая использует энергию химических реакций. В связи с истощением природных запасов нефти возрастает потребление синтетического топлива, которое вырабатывает химическая индустрия. Существенной экономии нефти позволяет достичь внедрение новых процессов получения жидкого топлива из бурого и каменного угля. Таким образом, химической и нефтехимической промышленности отводится важная роль в реализации энергетической программы РБ.

Современная химическая промышленность характеризуется весьма большим числом разнообразных производств, различающихся условиями протекания технологических процессов и многообразием физико-химических свойств перерабатываемых веществ и выпускаемой продукции. Вместе с тем технологические процессы различных производств представляют собой комбинацию сравнительно небольшого числа типовых процессов (нагревание, охлаждение, фильтрование и т. д.). За последние десятилетия развитие химической технологии привело к появлению принципиально новых процессов, что поставило химическую технологию на качественно более высокий уровень. В этом отношении весьма перспективным является бурное развитие вычислительной техники, которая создает невиданные до недавнего времени возможности для исследования, моделирования и расчета процессов и аппаратов химической технологии.

Ректификация — массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции.

Ректификационная установка даёт наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью - флегмой, полученной при частичной конденсации паров.

2.ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ УСТАНОВКИ

Для разделения смеси толуол – бензол, применяется ректификационное разделение. Процесс разделения требуется проводить непрерывным способом. Так как нам не известны предыдущие стадии процесса, то перед подачей на колонну необходимо предусмотреть накопительный бак, который будет обеспечивать непрерывную подачу смеси на ректификационную колонну в случае сбоев на предыдущих этапах производства, так как эти сбои могут привести к остановке колонны. По этой же причине необходимо предусмотреть два нагнетательных насоса, передающих исходную смесь с накопительного бака, через теплообменники на ректификацию (на случай выхода одного из них из строя). Для возможности очистки накопительного бака, предусматривается отвод в канализацию из последнего предусматривается отвод в канализацию для воды.

Питание требуется подавать в колонну при температуре кипения, для этого необходимо подогреть его. С этой целью перед подачей на колонну устанавливается теплообменник. Так как исходная смесь толуол – бензол кипит при температуре 99 С, то для подогрева, с целью экономии греющего пара, целесообразно использовать тепло кубового остатка. Для отвода конденсата предусматриваем отдельную канализационную систему, позволяющую возвращать конденсат обратно на парогенерацию. В колонне исходная смесь разделяется на два потока: толуол содержащий и бензол, отбираемых соответственно с нижней и верхней частей колонны. толуол как более труднолетучий компонент, собирается внизу (в кубовой части) колонны, а бензол как легколетучий компонент в верхней части колонны. Для обеспечения потока пара через колонну, устанавливается кипятильник кубового остатка. Часть кубового остатка в виде продукта отводится и собирается в бак. Целесообразно предусмотреть установку сборных баков, как для толуола, так и для бензола, т.к. не известно по технологической линии, куда направляются продукты ректификации. Для транспортировки по дальнейшей технологической линии продуктов, из сборных баков продукта транспортируются насосами. Перед подачей бензола в сборную ёмкость его необходимо охладить, что осуществляется также при помощи теплообменников. В целях экономии энергии, рационально использовать тепло кубового остатка для нагревания питания. При этом также уменьшается количество теплообменников, если этого тепла достаточно, чтобы нагреть питание до температуры кипения, или уменьшается поверхность теплообменника при использовании дополнительного подогрева с помощью греющего пара. Для образования флегмы пары, содержащие преимущественно легколетучий компонент, конденсируют в теплообменнике-дефлегматоре, и разделяют на отводимый в виде продукта поток и на поток, возвращаемый как флегму обратно в колонну.

Так как в дефлегматоре продукт только конденсируется, но не охлаждается, то перед подачей в сборную ёмкость его необходимо охладить. Охлаждение продукта в теплообменнике и дефлегматоре осуществляется с помощью воды, как наиболее дешевого теплоносителя. Для оборотной вода после выхода из теплообменников и отвода предусматриваем отдельную канализационную систему, для возможности раздельного направления на регенерацию. Для сборных ёмкостей продуктов также устанавливаем отвода для промывных вод.

Так как в технологическом процессе используются легко текучие и чистые жидкости с не большим расходом, то используем центробежные насосы. В качестве теплообменников используем кожухотрубчатые теплообменники как наиболее распространённые и вполне подходящие для реализации нашей технологической схемы. Технологическая схема приведена на чертеже.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования : “Белорусский государственный технологический университет”

Кафедра ПИАХТ

Пояснительная записка

К курсовому проекту по курсу ПИАХТ

Тема: Непрерывная ректификация

Разработал: студент

Факультета ТОВ 4к. 1 гр.

Кардаш А. В.

Проверил: Протасов С К

Минск 2003

РЕФЕРАТ

РЕКТИФИКАЦИЯ, КОЛОНА, ТАРЕЛКА, НАСАДКА, ДИСТИЛЯТ, ФЛЕГМА, НАСОС, ТЕПЛООБМЕННИК, ШТУЦЕР, ТРУБОПРОВОД, ПАР, КОНДЕНСАТ.

В данной расчетно-пояснительной записке приведен тепловой, материальный, гидравлический расчет ректификационной установки включающую в себя теплообменную аппаратуру, трубопроводы, ёмкости для продуктов перегонки и саму колону. Выполнен также подбор стандартного оборудования и оптимальной технологической схемы для проведения процесса. Проведен гидравлический и тепловой расчёт теплообменника

Записка содержит:

5 – таблиц; 20 - рисунков; 2 приложения; 67 листов.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат ………………………………………………………………………….	2
Введение…………………………………………………………………………	6
1. Литературный обзор…………………………………………………………	7
1.1 Теоретические основы разрабатываемого проц6есса…………………….	7
1.1.1 Общие сведения о процессе ректификации…………..……………	7
1.1.2 Равновесие в системах жидкость-пар………………………………	8
1.1.3 Материальный и тепловой балансы ректификационной колоны...	11
1.2 Основные схемы для проведения процесса……………………………….	17
1.2.1 Непрерывная ректификация………………………………………...	18
1.2.2 Периодическая ректификация………………………………………	19
1.2.3 Экстрактивная и азеотропная ректификация………………………	20
1.3 Типовое оборудование для проектируемой установки…………………..	23
2.Описание и обоснование установки…………………………………………	29
3.Расчёт ректификационной колонны……………….…………………………	31
3.1 Особенности расчёта тарельчатой ректификационной колоны………….	31
3.1.1 Материальный баланс колонны и………………………………….	31
3.1.2. Определение рабочего флегмового числа…..…………………….	32
3.1.3. Определение среднемассового расхода по жидкости…………….	35
3.1.4. Определение среднемассового расхода по пару…….…………….	35
3.1.5. Скорость пара и диаметр колонны………………………………….	36
3.2.Определение высоты колоны………………………………………………	38
3.2.1 Определение высоты колоны по кинетической кривой…………..	38
3.2.2. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя………………………………………………………..	40 39
3.2.3 Определение коэффициентов массопередачи……………………..	43
3.2.4 Определение эффективности тарелки……………………………..	45
3.3. Расчет гидравлического сопротивления тарелок колонны……………..	50
3.4. Расчёт штуцеров…………………………………………………………….	51
3.5 Тепловой баланс ректификационной колоны……………………………..	51
4.Подробный расчёт теплообменника…………………………………………	54
5. Расчёт и подбор вспомогательного оборудования…………………………	58
5.1. Расчёт кожухотрубчатого испарителя……………………………………..	58
5.2. Расчёт теплообменника подогревателя…………………………………….	58
5.3. Расчёт кожухотрубчатого конденсатора (дефлегматора)………………...	59
5.4. Расчёт холодильника дистиллята…………………………………………..	60
5.5 Выбор насоса для перекачивания исходной смеси……………………….	60
5.6 Определение высоты всасывания…………………………………………...	63
Заключение………………………………………………………….……………	64
Список использованных источников…………………………………………..	65
Приложение 1……………………………………………………………………	66
Приложение 2……………………………………………………………………	67

ВВЕДЕНИЕ

На всем протяжении своего развития химия служит человеку в его практической деятельности. Еще задолго до новой эры возникли ремесла, в основе которых лежали химические процессы: получение металлов, стекла, керамики, красителей.

Роль современной химии в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства исключительно велика. Без развития химии невозможно развитие топливно-энергетического комплекса, металлургии, транспорта, связи, строительства, электроники, сферы быта и услуг и т. д. Химическая индустрия снабжает народное хозяйство различными материалами и сырьем. Это кислоты, щелочи, растворители, топливо, масла, пластмассы, химические волокна, синтетические каучуки, минеральные удобрения и многие другие. В различных отраслях промышленности используются химические методы, например катализ (ускорение процессов), защита металлов от коррозии, обработка деталей химическим способом.

Исключительно большое значение химия имеет в энергетике, которая использует энергию химических реакций. В связи с истощением природных запасов нефти возрастает потребление синтетического топлива, которое вырабатывает химическая индустрия. Существенной экономии нефти позволяет достичь внедрение новых процессов получения жидкого топлива из бурого и каменного угля. Таким образом, химической и нефтехимической промышленности отводится важная роль в реализации энергетической программы РБ.

Современная химическая промышленность характеризуется весьма большим числом разнообразных производств, различающихся условиями протекания технологических процессов и многообразием физико-химических свойств перерабатываемых веществ и выпускаемой продукции. Вместе с тем технологические процессы различных производств представляют собой комбинацию сравнительно небольшого числа типовых процессов (нагревание, охлаждение, фильтрование и т. д.). За последние десятилетия развитие химической технологии привело к появлению принципиально новых процессов, что поставило химическую технологию на качественно более высокий уровень. В этом отношении весьма перспективным является бурное развитие вычислительной техники, которая создает невиданные до недавнего времени возможности для исследования, моделирования и расчета процессов и аппаратов химической технологии.

Ректификация — массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки тарелки) аналогичными используемым в процессе абсорбции.

Ректификационная установка даёт наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью - флегмой, полученной при частичной конденсации паров.

2.ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ УСТАНОВКИ

Для разделения смеси толуол – бензол, применяется ректификационное разделение. Процесс разделения требуется проводить непрерывным способом. Так как нам не известны предыдущие стадии процесса, то перед подачей на колонну необходимо предусмотреть накопительный бак, который будет обеспечивать непрерывную подачу смеси на ректификационную колонну в случае сбоев на предыдущих этапах производства, так как эти сбои могут привести к остановке колонны. По этой же причине необходимо предусмотреть два нагнетательных насоса, передающих исходную смесь с накопительного бака, через теплообменники на ректификацию (на случай выхода одного из них из строя). Для возможности очистки накопительного бака, предусматривается отвод в канализацию из последнего предусматривается отвод в канализацию для воды.

Питание требуется подавать в колонну при температуре кипения, для этого необходимо подогреть его. С этой целью перед подачей на колонну устанавливается теплообменник. Так как исходная смесь толуол – бензол кипит при температуре 99 С, то для подогрева, с целью экономии греющего пара, целесообразно использовать тепло кубового остатка. Для отвода конденсата предусматриваем отдельную канализационную систему, позволяющую возвращать конденсат обратно на парогенерацию. В колонне исходная смесь разделяется на два потока: толуол содержащий и бензол, отбираемых соответственно с нижней и верхней частей колонны. толуол как более труднолетучий компонент, собирается внизу (в кубовой части) колонны, а бензол как легколетучий компонент в верхней части колонны. Для обеспечения потока пара через колонну, устанавливается кипятильник кубового остатка. Часть кубового остатка в виде продукта отводится и собирается в бак. Целесообразно предусмотреть установку сборных баков, как для толуола, так и для бензола, т.к. не известно по технологической линии, куда направляются продукты ректификации. Для транспортировки по дальнейшей технологической линии продуктов, из сборных баков продукта транспортируются насосами. Перед подачей бензола в сборную ёмкость его необходимо охладить, что осуществляется также при помощи теплообменников. В целях экономии энергии, рационально использовать тепло кубового остатка для нагревания питания. При этом также уменьшается количество теплообменников, если этого тепла достаточно, чтобы нагреть питание до температуры кипения, или уменьшается поверхность теплообменника при использовании дополнительного подогрева с помощью греющего пара. Для образования флегмы пары, содержащие преимущественно легколетучий компонент, конденсируют в теплообменнике-дефлегматоре, и разделяют на отводимый в виде продукта поток и на поток, возвращаемый как флегму обратно в колонну.

Так как в дефлегматоре продукт только конденсируется, но не охлаждается, то перед подачей в сборную ёмкость его необходимо охладить. Охлаждение продукта в теплообменнике и дефлегматоре осуществляется с помощью воды, как наиболее дешевого теплоносителя. Для оборотной вода после выхода из теплообменников и отвода предусматриваем отдельную канализационную систему, для возможности раздельного направления на регенерацию. Для сборных ёмкостей продуктов также устанавливаем отвода для промывных вод.

Так как в технологическом процессе используются легко текучие и чистые жидкости с не большим расходом, то используем центробежные насосы. В качестве теплообменников используем кожухотрубчатые теплообменники как наиболее распространённые и вполне подходящие для реализации нашей технологической схемы. Технологическая схема приведена на чертеже.