Оборудование химической промышленности, Описание технологической установки процесса ректификации

Содержание

1 Теоретическая часть……………………………………………………………….…3
1.1 Общие положения………………………………………………………………..3
1.2 Описание технологической установки процесса ректификации ………….….5
2 Технологический расчет ректификационной колонны……….……………………9
2.1 Исходные данные………………………………………………………………...9
2.2 Расчет диаметра колонны……………………………………………………......9
2.3 Расчет высоты колонны………………………………………………………...10
3 Схема тарельчатой ректификационной колонны…………………………………12
Литература…………………………………………………………………….……….13

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких смесей на практически чистые компоненты или фракции, различающиеся температурой кипения.
Различают смеси из двух компонентов (бинарные), многокомпонентные и сложные (непрерывные). К сложным смесям относятся нефть и ее фракции.
Физическая сущность процесса ректификации заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками пара и жидкости при высокой турбулизации поверхности контактирующих фаз. В результате массообмена пар обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При определенном числе контактов можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, а жидкость — из высококипящих компонентов.
На практике ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости, что обеспечивает различие температур и неравновесность составов встречных потоков. Жидкое орошение при ректификации паров создается путем конденсации части парового потока в верхней части колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости — путем испарения части жидкости в нижней части колонны.
Ректификационная колонна (син. ректификационный колонный аппарат) — цилиндрический вертикальный сосуд постоянного или переменного сечения, оснащенный внутренними тепло- и массообменными устройствами и вспомогательными узлами, предназначенный для разделения жидких смесей на фракции, каждая из которых содержит вещества с близкой температурой кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого располагаются контактные устройства — тарелки или насадки. Соответственно различают ректификационные колонны тарельчатые и насадочные.

3
Вспомогательные узлы предназначены для ввода, распределения и аккумулирования (сбора) жидкости и пара. Нагреваемая жидкая смесь поступает из контейнера в ректификационную колонну, где «легкие» фракции (продукты, имеющие более низкую температуру кипения) концентрируются в верхней части колонны, а «тяжелые» (продукты, имеющие более высокую температуру кипения) — в нижней. Ректификационная колонна, в верхней части которой давление близко к атмосферному, называется атмосферной колонной. В вакуумных колоннах промышленного назначения используется низкое абсолютное давление в верхней части колонны — как правило, 1,87—2,4 КПа и менее.
Исходная смесь, нагретая до температуры питания в паровой, парожидкостной или жидкой фазе, поступает в колонну в качестве питания. Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной, так как там происходит процесс эвапорации — однократного отделения пара от жидкости.
Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются, конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения. Таким образом в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз).
Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары, чем выше поднимаются в верх колонны, тем более обогащаются легкокипящими компонентами. Таким образом, отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом.
Кубовая жидкость, стекая сверху вниз по тарелкам, обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются легкокипящим компонентом.
В случае если разгоняемый продукт состоит из двух компонентов, конечными продуктами являются дистиллят, выходящий из верхней части

4
колонны и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны). Ситуация усложняется, если необходимо разделить смесь, состоящую из большого количества фракций
Колпачковые тарелки с капсульными колпачками до недавнего времени считали лучшими контактными устройствами для ректификационных и абсорбционных аппаратов благодаря простоте эксплуатации и универсальности.
Основной частью колпачковой тарелки является стальной диск (или полотно тарелки) с отверстиями для паровых патрубков. Патрубки приварены к диску. Над патрубками установлены колпачки диаметром 60 или 80 мм. Колпачки имеют прорези высотой 15, 20 или 30 мм.
Для создания, необходимого уровня жидкости на тарелке последнюю снабжают сливной перегородкой. Переливная перегородка образует переливной карман, в который погружается сливная планка тарелки, расположенной выше.
Тарелка работает следующим образом. Поступающая жидкость заполняет тарелку на высоту, определяемую сливной перегородкой, при этом прорези колпачков должны быть погружены в жидкость. Пар проходит через паровые патрубки, щели колпачков и барботирует сквозь слой жидкости. Газ и жидкость взаимодействуют в перекрестном токе: жидкость движется по тарелке от переливного кармана к сливной перегородке и далее на расположенную ниже тарелку, а газ — вверх по оси колонны.
Колпачковые тарелки можно изготовлять из чугуна, меди, керамики, углеграфита, пластмасс и др.
Недостатком известной колпачковой тарелки является низкая эффективность массообмена по Мерфри вследствие продольного перемешивания жидкости, близкого к модели полного перемешивания жидкости на тарелке.

Общие положения
Описание технологической установки процесса ректификации
Технологический расчет ректификационной колонны
Исходные данные
Расчет диаметра колонны
Расчет высоты колонны
Схема тарельчатой ректификационной колонны