Расчет ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси этанол + вода

Ректификация один из наиболее распространенных технологических процессов в нефтеперегонной и коксохимической, химической, газовой, фармацевтической и других отраслях промышленности и остается основным способом выделения и очистки этилового спирта Ректификация - разделение жидких однородных летучих смесей на компоненты или группы компонентов (фракции) путем многократного двустороннего мacсo- и теплообмена между противоточно движущимися паровым и жидкостным потоками. Необходимым условием процесса ректификации является различная летучесть (упругость пара) отдельных компонентов. При взаимодействии фаз в процессе ректификации происходит диффузия легколетучего компонента (л.

---

Если вам необходимо найти решение задачи , но это вызывает у вас трудности, обратитесь за помощью в Work5.

---

.л.к.) из жидкости в пар и труднолетучего компонента (т.л.к.) из пара в жидкость. Способ контактирования потоков может быть ступенчатым (в тарельчатых колоннах) или непрерывным (в насадочных колоннах).' Назначение контактных устройств (тарелок, насадки) состоит в создании условий, способствующих максимальному приближению соприкасающихся парового и жидкостного потоков. Чтобы эти потоки могли обмениваться веществом и энергией, они должны быть неравновесны. При контактировании парового и жидкового потоков в результате мacco- и теплообмена величина неравновесности уменьшается, затем потоки отделяются один от другогo и процесс продолжается путем новoгo контактирования этих фаз уже на другой, смежной ступени с другими жидкостными и паровыми потоками. В результате многократно повторяющегося на последовательных тарелках (ступенях) контактирования движущихся в противотоке по высоте колонны жидкости и пара составы взаимодействующих фаз существенно изменяются: паровой поток при движении вверх обогащается, а жидкостный, стекая вниз, обедняется им, т. е. обогащается. При достаточно большом пути контакта противоположно движущихся потоков можно получить в конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляющий собой более или менее чистый, конденсация которого дает дистилят, а из нижней части колонны сравнительно чистый спирт, так называемый кубовой остаток. 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. В ректификационном аппарате снизу вверх движутся пары, а сверху подается жидкость, представляющая собой почти чистый НКК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВКК, а из жидкости испаряется преимущественно НКК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВКК, а поднимающиеся пары обогащаются НКК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НКК. Эти пары поступают в конденсатор, называемый дефлегматором, и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть отводится в качестве дистиллята. Как и во всех массобменных процессах эффективность ректификации зависит от поверхности контакта фаз. Для увеличения поверхности массобмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, колпачковыми, провальными и т.п. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками, но при разделении незагрязненных жидкостей в установках с постоянной нагрузкой, хорошо зарекомендовали себя аппараты с колпачковыми тарелками, отличающимися простотой конструкции и легкостью в обслуживании. В данной курсовой работе рассмотрены основы процесса ректификации, классификация ректификационных колонн по конструкции внутреннего устройства, по периодичности действия и по способу организации движения потоков контактирующих фаз. Кроме того, представлены основные требования по выбору того или иного типа колонны. Согласно заданию на курсовую работу, в котором указаны компоненты бинарной смеси: этанол-вода, выбрана колонна с колпачковыми тарелками, и проведен её расчет по исходным данным, указанным в задании. Выполнен материальный и тепловой балансы, определены основные размеры аппарата и подобраны нормализованные конструктивные элементы.

В данной курсовой работе рассмотрены основы процесса ректификации, классификация ректификационных колонн по конструкции внутреннего устройства, по периодичности действия и по способу организации движения потоков контактирующих фаз. Кроме того, представлены основные требования по выбору того или иного типа колонны. Согласно заданию на курсовую работу, в котором указаны компоненты бинарной смеси: этанол-вода, выбрана колонна с колпачковыми тарелками, и проведен её расчет по исходным данным, указанным в задании. Выполнен материальный и тепловой балансы, определены основные размеры аппарата и подобраны нормализованные конструктивные элементы. Для расчетов была выбрана колонна с колпачковыми тарелками, так как они наилучшим образом подходят для проведения разделения незагрязненных жидкостей с постоянной нагрузкой. Для повышения эффективности работы колонн с колпачковыми тарелками можно порекомендовать: • соотношение между диаметром отверстий и шагом принять равным 3,6; • толщину тарелок по возможности уменьшить; • высота сливного порога при средних и больших скоростях пара в свободном сечении колонны (0.7-1,0 м/с) должна быть не менее 40-50 мм (до75); при малых скоростях пара высота сливного порога не оказывает влияния на эффективность работы тарелки; • расстояние между тарелками более 150-200 мм не оказывает существенного влияния на эффективность массообмена при условии отсутствия пены; на участках колонны, где образуется большое количество пены, расстояние между тарелками следует увеличивать; • в колоннах большого диаметра нужно устанавливать тарелки с наклоном в сторону слива, равным 1:45; • свободное сечение тарелок брать в пределах 7-15%.

1 Краткий справочник физико-химических величин. М., «Химия», 1967 г. 2 Основные процессы и аппараты химической технологии, пособие по проектированию под ред. Ю.И. Дытнерского. М., «Химия» 1991 г. 3 Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. В.Я. Лебедев и др. – Иваново, 1994 г. 4 А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. М, 1968 г. 5 К.Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л., «Химия», 1987 г. 6 П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). Л., Химия, 1993 г. 7 Г.Я. Рудов, Д.А. Баранов. Расчет тарельчато ректификационной колонны, методические указания. М., МГУИЭ, 1998 г. 8 Каталог «Емскостная стальная сварная аппаратура». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1969 г. 9 Каталог «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения». М., «ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», 1991 г. 10 ГОСТ 12820-80 «Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 Па (от 1 до25 кгс/см2). Конструкция и размеры». 11 ГОСТ 28759.4-90 «Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения. Конструкция и размеры». 12 ОСТ 26-01-108-85 «Тарелки колпачково-клапанные колонных аппаратов. Параметры, конструкция и размеры».