Ректификация в производстве уксусной кислоты

 

В начале тарелки установлен паровой  элемент 3, у слива тарелки - жидкостный элемент 7. Вертикальная стенка части S-образного элемента 4, выполняющей роль колпачка, снабжена трапецивидными прорезями 12. Паровая часть S-образного элемента с торцов перекрыта заглушками 11, препятствующими выходу пара в этом направлении [3].

Для повышения жесткости конструкции  и упрощения монтажа тарелки по длине S-образных элементов привариваются поперечные перегородки 5. При большом числе элементов вдоль потока жидкости в середине тарелки предусматривают разъемный S-образный элемент, что позволяет начинать разборку тарелки также и в средней части. Профиль S-образного элемента имеет повышенную жесткость, что позволяет изготавливать их из стального листа толщиной 2 мм и при диаметре колонны до 4000 мм не применять промежуточных опорных балок.

У струйных тарелок  контактные элементы (просечки, лепестки и т.п.) расположены  таким образом, что пар, выходящий  в жидкость под некоторым углом к горизонту, приобретает горизонтальную составляющую скорости, совпадающую с направлением движения жидкости по тарелке или под некоторым углом к нему. Благодаря этому можно создать наиболее благоприятные условия для эффективного контакта фаз при высокой производительности контактного устройства.

Чтобы избежать этого, прибегают к  различным приемам, позволяющим скомпенсировать прямоточное движение фаз и не допустить его распространения на всю тарелку, примером может служить установка поперечных секционирующих перегородок; создание движения фаз в пересекающихся направлениях, когда оси соседних лепестков расположены во взаимно перпендикулярном направлении или образуют пучок прямых и т.п.

Тарелки провального типа (рисунок 3.4) перекрывают все сечения колонны и состоят из отдельных секций, укрепленных на опорном кольце и балках каркаса. На тарелках провального типа паровая и жидкая фазы контактируют по схеме противотока. Тарелки этого типа гораздо более чувствительны к изменению нагрузок по жидкости и пару и имеют более узкий диапазон рабочих нагрузок.

Рисунок 3.4 – Схема струйно-направленной тарелки с вертикальными поперечными секционирующими перегородками:

а – общий вид; б – схема контактной зоны; в – ввод части потока пара поперек потока жидкости; г – ввод части потока пара под углом к потоку жидкости; д – установка поперечных перегородок в форме гребенки: 1 – корпус колонны; 2 – полотно тарелки; 3 – приемный карман; 4 – стенка переливного кармана; 5 - подпорная перегородка; 6 – лепесток (язычок); 7 – вертикальная перегородка; 8 – сливная перегородка; 9 – прорезь в вертикальной перегородке

 

Эскиз  проектируемой тарельчатой  ректификационной колонны показан на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Схема проектируемой ректификационной колонны:

1 – корпус колонны; 2 – тарелка; 3 – опора; 4 – штуцер ввода холодного орошения; 5 – штуцер отвода дистиллята; 6 – штуцер ввода горячего орошения;  7 – люк; 8 – штуцер отвода остатка; 9 – штуцер ввода исходного сырья

 

Исходная смесь поступает через  штуцер 9 в питательную секцию, где происходит частичное однократное испарение. Пары уходят на нижнюю тарелку концентрационной секции, смешиваясь с парами, которые поднимаются с верхней тарелки отгонной секции. Жидкость уходит вниз вместе с жидкой фазой, которая стекает с нижней тарелки отгонной секции.

Отбор паров дистиллята осуществляется через штуцер 5 в верхнем днище колонны. Ввод холодного орошения идет через штуцер 4, расположенный над верхней тарелкой колонны.

Из кубовой части колонны  отбирается остаток через штуцер 8, часть которого направляется в кипятильник и далее снова вводится в колонну в качестве горячего орошения через штуцер 6.

Колонна содержит две секции – отгонную нижнюю и концентрационную верхнюю. В каждой секции установлены колпачковые тарелки [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Технологический расчет

 

4.1 Исходные данные к расчету

Все расчеты произведены в диалоговом режиме при помощи ПЭВМ. Данная программа  для расчета ректификации бинарной смеси разработана к.т.н. Свидченко А.И. на кафедре ХТМАХП НТИ СКФУ. Исходные данные, необходимые для расчета ректификации бинарной смеси приведены в таблице 4.1.

Таблица  4.1 – Исходные данные

Компонент	Расход		Содержание
	кг/ч	кмоль/ч	масс.дол.	мольн.дол.
Вода	3132	170,8	0,669	0,869
Уксусная кислота	1548	25,8	0,331	0,131
Сумма	4680	196,6	1,0	1,0

 

 

 

 

 

 

 

Для расчета необходимы справочные данные о свойствах разделяемых компонентов. Эти  данные приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Справочные данные о свойствах разделяемых компонентов

Компонент	Ркр, МПа	rкр, кг/м3	w	Ткр, К
Вода	21,76	325	0,344	647,4
Уксусная кислота	5,71	351	0,,454	594,4

 

 

 

 

 

Схема к расчету колонны представлена на рисунке 4.1.

 

                  

Рисунок 4.1 – Схема к технологическому расчету ректификационной колонны

Все результаты расчетов приведены  в приложении 1.

 

4.2 Разработка и описание конструкции  оборудования

Проектируемая колонна  представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат колонного типа постоянного сечения, включающая в себя следующие характеристики:

- число действительных  тарелок - 26(4 - в концентрационной  секции, 22 – в отгонной);

- количество исходной  смеси – 1,3 кг/с;

- расход греющего пара - 1,167 кг/с;

- диаметр колонны - 2200 мм;

- расстояние между тарелками  - 550 мм;

- высота колонны - 21500 мм;

- исполнение тарелок  - ТСК-1;

Подробно все размеры  и рабочие характеристики приведены в приложении 1.

При проектировании оборудования необходимо рассчитать толщину стенки колонны, чтобы обеспечить необходимую прочность  при эксплуатации колонны, а также необходимо учитывать ветровые нагрузки, которые аппарат может испытывать, так как колонна установлена на открытой площадке.

Колонна работает под технологическим  давлением р_т = 0,1920 МПа при максимальной температуре 102°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет вспомогательного оборудования

 

Произведем расчет холодильник-конденсатор дистилята. В задачу расчета входит определение требуемой поверхности теплообмена. При известных количествах переданного тепла Q, средней разности температур между теплообменивающими средами ∆t_ср и коэффициенте теплоотдачи К поверхности теплообмена определяется из уравнения

 м²,                                            (5.1)

где K_ор = 300 - ориентировочное значение коэффициента теплопередачи.

Тепловая нагрузка холодильника-конденсатора:

Q = 2226кВт = 2226000Вт

Средний температурный напор определяется по формуле

,

(5.2)

где Δt_б и Δt_м определяются по формуле

,	(5.3)
.	(5.4)

Подставив значения в формулы (5.3) и (5.4),  получим

0С,
0С.

Подставив значения в формулу (5.2), получим

Подставив значения в формулу (5.1), получим

м2            По справочным данным выбираем  холодильник-конденсатор со следующими параметрами: поверхность теплообмена F = 425 м2, наружный диаметр D = 1000 мм, тип труб d×s = 25×2, число ходов по трубному прост- ранству n=2, общее число труб  N = 1040, высота холодильника-конденсато- ра Н = 6 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В соответствии с заданием определены задачи проектирования, дано описание технологической схемы установки, произведена характеристика рабочих веществ (вода, уксусная кислота, греющий пар).

Процесс ректификации осуществляют в  ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник - конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборник дистиллята и кубового остатка. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. Конечными продуктами процесса ректификации являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде).

Обзор и анализ существующих конструкций  оборудования для ректификации позволил сделать вывод, что наиболее распространенными в промышленности являются тарельчатые и насадочные колонны с непрерывной подачей газа.

Технологический расчет тарельчатой  ректификационной колонны позволил определить следующие параметры: число  тарелок, количество дистиллята и кубового остатка, расход греющего пара, расход воды в дефлегматоре и конденсаторе, диаметр и высоту колонны, а также основные размеры элементов колпачковой тарелки.

Проведенные расчеты позволяют  считать спроектированную ректификационную колонну работоспособной, и она может использоваться по назначению.

 

 

Список использованных источников

 

1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен Н.Г., Общая химическая технология, изд. 2-е, перераб. и доп., М.: «высшая школа», 1990. – 522 с.
2. Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. – М.: ООО «Недра – Бизнес – центр», 2000. – 677с.
3. Павлов К.Ф., Романков А.А., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». – Л.: Химия, 1981. – 552с.
4. Машины и аппараты химических производств. / И.И. Поникаров и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 368с.
5. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию./ Под. ред. Ю.И.Дытнерского. – М.: Химия, 1983. – 272с.
6. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико - технологического и природоохранного оборудования. Справочник. – Калуга: Изд. Н. Бочкаревой, 2002. Т.1, 852 с., т.2, 1028 с., т.3, 968 с.
7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. – М.: Машиностроение, 1970. - 752с.
8. Расчет и конструирование  машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи / под ред. М.Ф. Михалева. – Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.
9. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. – 752 с.

 

 

 

 

Приложение 1

 

 

 Мольный pасход сыpья, кмоль/ч          L =  196.6

 Мольный состав сыpья, доли            XL =  .869

────────────────────────────────────────┬──────────────────────

       Наименование  показателя          │   HKK         BKK