Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Июня 2013 в 23:25, курсовая работа
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.
Московский Государственный Университет
Инженерной Экологии
по теме
«Ректификационная установка для разделения смеси бензол - толуол»
Студентка: Суворова О.В.
Преподаватель: Касаткин Д.В.
Проект защищен _____________________ 2003 г. на оценку ______________
Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.
Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.
Обозначим: Gf – количество смеси, поступающей на ректификацию;
Gp – количество поступающего дистиллята;
Gw – количество получающегося кубового остатка;
Xf, Xp, Xw – содержание ЛЛК в исходной смеси, дистилляте и
кубовом остатке соответственно.
Тогда материальный баланс разделения:
Gf = Gp + Gw;
Gf*Xf = Gp*xp + Gw*Xw.
Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из котрых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.
В нижней части исходная смесь взаимодействует с паром, начальный состав которого равен составу кубового остатка. Вследствие этого из смеси извлекается легколетучий компонент.
В верхней ступени пар начального состава соответствующий составу исходной смеси, взаимодействует с жидкостью, начальный состав которой равен составу дистиллята. Вследствие этого пар обогащается легколетучим компонентом до требуемого предела, а менее летучий компонент извлекается из паровой фазы.
Пар для питания ректификационной колонны получается многократным испарением жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость – многократной конденсацией пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.
Рассматривая взаимодействие пара и жидкости в колонне, принимается допущение:
Полученный в конденсаторе
дистиллят делится на две
Количество пара, полученного в нижней части колонны, и проходящего по ней, равно:
при D = R + 1.
Это равенство доказывает, что разделение смеси при ректификации возможно в результате взаимодействия потоков пара и жидкости в колонне, при кратности испарения равной R + 1, и кратности конденсации, равной R.
Флегмовое число:
Уравнения рабочих линий для верхней и нижней частей ректификационной колонны соответственно:
Эти уравнения связывают составы в паре (Y) и жидкости (X) в любом произвольном сечении в соответственно укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.
Разработанная ректификационная установка – непрерывного действия.
Исходная смесь поступает со склада в емкость Е1. На емкости устанавливают прибор для измерения уровня, который показывает и сигнализирует о предельном верхнем и нижнем его значении. При достижении верхней отметки прекращают подачу исходной смеси в емкость, при достижении нижней – возобновляют.
Из емкости Е1 жидкостная смесь окачивается центробежным насосом Н1. Насос продублирован на случай отказа запасным насосом Н2. Также предусмотрена обводная (байпасная) линия, работающая в случае останова установки на ремонт или профилактику, которая служит для спуска жидкости из трубопровода.
В установке предусмотрено
После выхода из рекуператора исходная смесь нагревается, но не до температуры кипения. Дальнейший нагрев смеси осуществляют в подогревателе П. В трубное пространство этого кожухотрубчатого теплообменника поступает подогретая исходная смесь, а в межтрубное - греющий пар, подаваемый по трубопроводу из котельной. Пар, конденсируясь, отдает свое тепло исходной смеси, нагревая ее до температуры кипения.
Температура исходной смеси регулируется специальным прибором.
Далее кипящая смесь поступает в колонну на ректификацию.
В колонне пары исходной смеси идут вверх, обогащаясь бензолом, а жидкая фаза идет на орошение нижней части.
Жидкость, выводимая из нижней части колонны, частично отводится в емкость Е2, проходя при этом через рекуператор Х1 (см. выше), а частично подается в кипятильник К, который нагревает остаток до температуры кипения и полностью испаряет его. После выхода из кипятильника кубовый остаток полностью переходит в пар. Нагрев осуществляют греющим паром, поступающим из котельной.
Сконденсировавшиеся пары греющего пара из подогревателя и кипятильника удаляют с помощью конденсатоотводчиков КО2 и КО1 соответственно. Для обеспечения непрерывной работы установки при ремонте и осмотре водоотводчиков их снабжают обводной (байпасной) линией.
Пар из кипятильника поднимается вверх по колонне, соединяется с парами исходной смеси, и, все более обогащаясь бензолом, выходит через верхний штуцер. Затем он направляется на конденсацию в дефлегматор Д.
В дефлегматоре пары бензола конденсируются за счет охлаждающей воды.
Конденсат поступает в емкость Е4. Здесь он делится на два потока: жидкость, отбираемую на орошение колонны – флегму и готовый продукт – дистиллят. Флегма закачивается в колонну насосом Н7, который продублирован насосом Н8. Для спуска жидкости при останове установки предусмотрена обводная (байпасная) линия.
Флегма, поданная в колонну на орошение, смешивается с исходной смесью и стекает по тарелкам в куб колонны.
Дистиллят, протекая по трубопроводу, подводится к холодильнику Х2, где он охлаждается до нужной температуры холодной водой. Охлаженный дистиллят поступает в емкость Е3. Здесь также установлен прибор для измерения уровня, включающий насос Н6 при достижении количеством готового продукта – бензола – заданной отметки.
Оборотная вода поступает по трубопроводу 1 и удаляется после выполнения заданных функций по трубопроводу 10.
Греющий пар подается по трубопроводу 2 и удаляется в виде конденсата по линии 3.
При остановке ректификационной установки на ремонт или профилактику спускают остатки жидкости из труб, открывая байпасные линии, в емкости, а из них жидкость сливают в канализацию 5.
3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны.
3.1 Определение
Материальный баланс всей ректификационной колонны может быть представлен двумя уравнениями: по всему продукту
по легколетучему компоненту
где Xf, Xp, Xw – молярные составы (мольные доли) легколетучего компонента (ЛЛК) соответственно в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке.
Из этих формул, если вместо молярного состава в расчетах использовать массовый состав (соответственно af, ap, aw), то будем иметь:
3.2 Определение молярных концентраций исходной смеси, дистиллята и кубового остатка.
где: х- содержание ЛЛК в бинарной смеси в мольных долях;
a - содержание ЛЛК в бинарной смеси компонентов А и В в массовых долях;
Ма и Мв – молекулярные
веса компонентов А и В
Для бензола Ма=78г/моль, для толуола Мв=92г/моль. Тогда:
3.3 Построение равновесной кривой и изобары температур кипения и конденсации (рис. 1)
Данные по равновесию приведены в таблице:
Таблица 1.
Хмол% |
0 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
95 |
100 |
Умол% |
0.000 |
10.838 |
20.57 |
37.23 |
50.84 |
62.061 |
71.374 |
79.16 |
85.71 |
91.254 |
95.97 |
98.063 |
100 |
T0 C |
110.6 |
108.4 |
106.2 |
102.2 |
98.61 |
95.3 |
92.25 |
89.44 |
86.84 |
84.43 |
82.19 |
81.12 |
80.1 |
3.4 Определение минимального
На диаграмме проводим прямую линию из т. Xp через Xf до пересечения с осью ординат. Полученный отрезок Bmax = 0.3513
Тогда:
3.5 Определение оптимального
Для ряда значений флегмового числа, больших, чем Rmin=1.774, находим значения отрезков В (табл.2).
Таблица 2.
R |
1.8 |
1.9 |
2.0 |
2.1 |
2.2 |
2.3 |
2.4 |
2.6 |
B |
0.348 |
0.336 |
0.325 |
0.314 |
0.304 |
0.295 |
0.286 |
0.271 |
Отрезки В откладываем на диаграмме Y-X. Соединяем верхние точки отрезков В на диаграмме с точкой 2 и получаем ряд рабочих линий верхней части колонны. Соединяя точки 3 пересечения рабочих линий верхней части колонны с линией Xf с точкой 1, получим ряд рабочих линий нижней части колонны. Для каждого выбранного флегмового числа и значений X в пределах заданных концентраций жидкости от Xw=0.012 до Xp=0.974 по диаграмме находим движущие силы процесса 1/(Х-Х*), как величины отрезков по горизонтали между кривой равновесия и соответствующими линиями рабочих концентраций и вычисляем величины. Результаты приведены в таблице:
Таблица 3.
X |
R = 1.8 |
R = 1.9 |
R = 2.0 |
R = 2.1 |
R = 2.2 |
R = 2.3 |
R = 2.4 |
R = 2.6 |
0.012 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
151.63 |
0.1 |
36.49 |
35.27 |
34.22 |
33.24 |
32.39 |
31.67 |
30.98 |
29.89 |
0.2 |
27.15 |
25.47 |
24.1 |
22.88 |
21.87 |
21.05 |
20.28 |
19.13 |
0.3 |
38.88 |
32.91 |
28.88 |
25.76 |
23.47 |
21.74 |
20.26 |
18.21 |
0.367 |
533.62 |
114.92 |
67.19 |
47.63 |
37.75 |
31.86 |
27.6 |
22.61 |
0.4 |
66.59 |
46.04 |
35.98 |
29.59 |
25.51 |
22.75 |
20.5 |
17.66 |
0.5 |
20.03 |
17.8 |
16.17 |
14.83 |
13.79 |
12.99 |
12.26 |
11.26 |
0.6 |
13.14 |
12.24 |
11.28 |
10.88 |
10.37 |
9.95 |
9.56 |
8.99 |
0.7 |
10.98 |
10.43 |
9.98 |
9.56 |
9.22 |
8.93 |
8.66 |
8.25 |
0.8 |
10.93 |
10.51 |
10.16 |
9.84 |
9.56 |
9.32 |
9.1 |
8.75 |
0.9 |
13.86 |
13.51 |
13.21 |
12.92 |
12.67 |
12.45 |
12.24 |
11.9 |
0.974 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
24.81 |
Информация о работе Ректификационная установка для разделения смеси бензол - толуол