microbik.ru
1

Зміст


Вступ 2

1. Конструкції ректифікаційних колон 3

1.1. Тарілчасті колони 4

1.2. Ситчаті колони 6

1.3. Насадкові колони 7

2.Періодична та безперервна ректифікація 9

3. Принципова схема ректифікаційної установки 11

4. Розрахункова частина 13

4.1. Завдання і вихідні дані 13

4.2. Матеріальний баланс колони і визначення робочого флегмового числа 13

4.3. Тепловий баланс 18

4.4. Технологічний розрахунок 21

4.4.1. Визначення об’ємів пари і рідини, що проходять через колону 21

4.4.2. Розрахунок швидкості пари і діаметру колони 25

4.4.3. Розрахунок насадки та висоти ректифікаційної колони 29

4.5. Гідравлічний розрахунок насадки 33

Висновки 36

Список використаної літератури 37


1.3. Насадкові колони


Насадкові колони одержали широке застосування в промисловості
(рис. 3). Вони являють собою циліндричні апарати, заповнені інертними матеріалами у вигляді шматків певного розміру або насадковими тілами, що мають форму, наприклад, кілець, куль для збільшення поверхні фазового контакту й інтенсифікації перемішування рідкої й парової фаз.

Масо- і теплообмін у колонах з насадкою характеризуються не тільки явищами молекулярної дифузії, що визначаються фізичними властивостями фаз, але й гідродинамічними умовами роботи колони, які визначають турбулентність потоків. Залежно від швидкості потоку в колоні можливі три гідродинамічних режими: ламінарний, проміжний і турбулентний, при яких потік пари є суцільним, безперервним і заповнює вільний обсяг насадки, не зайнятий рідиною, у той час як рідина стікає лише по поверхні насадки. Подальший розвиток турбулентного руху може привести до подолання сил поверхневого натягу й порушенню граничної поверхні між потоками рідини й пари. При цьому газові вихри проникають у потік рідини, відбувається емульгування рідини парою, і масообмін між фазами різко зростає. У випадку емульгування рідина розподіляється не по насадці, а заповнює весь її вільний обсяг, не зайнятий парою; рідина утворює суцільну фазу, а газ - дисперсну фазу, розподілену в рідині, тобто відбувається інверсія фаз.




Рис. 3. Насадкова колона


Дослідження показали, що перехід від турбулентного режиму до режиму емульгування (точка інверсії або точка початку емульгування) відповідає оптимальним умовам роботи колони й оптимальній швидкості пари, при якій на насадці затримується максимальна кількість рідини, бризів і піни, досягаються інтенсивний масообмін і максимальна продуктивність при мінімальній висоті насадки. Насадкову колону варто розраховувати, виходячи з оптимальної швидкості. При перевищенні оптимальної швидкості починається звернений рух рідини знизу нагору, відбувається так зване «захлинання» колони й порушення режиму її роботи.

^ 4. Розрахункова частина


4.1. Завдання і вихідні дані


Розрахувати ректифікаційної колони безперервної дії для розділення бінарної суміші етиловий спирт - вода за наступними даними:

1) продуктивність за вихідною сумішшю – F = 8,5 кг/с;

2) склад легколеткого компоненту ((мол.)): у вихідній суміші - xF = 33; у дистиляті - xP = 92; в кубовому залишку xW = 3,5;

3) тиск у паровому просторі дефлегматора 0,1 МПа;

4) тип ректифікаційної колони – насадкова;

5) вихідна суміш перед подачею в колону нагрівається до температури кипіння насиченою водяною парою тиском Р = 0,2 МПа;

6) температура вихідної суміші, що подається на установку – tF = 35 ºС;

7) початкова температура охолоджуючої води – tв.п. = 20 ºС.


^ 4.3. Тепловий баланс


Для виконання теплових розрахунків визначимо температури кипіння і теплоємкості вихідної суміші, дистиляту і кубового залишку [3].

Для визначення температур кипіння на осі абсцис наносимо склад кубового залишку xW = 0,035, вихідної суміші xF = 0,33 і дистиляту xР = 0,92 (рис. 5). Із отриманих точок проводимо вертикальні прямі до перетину з кривою температур кипіння (відповідно точки А, В і С). Із цих точок проводимо горизонтальні прямі до перетину з віссю ординат. Температури кипіння у відповідних точках перетину мають наступні значення:

  • для вихідної суміші - tF = 81,4 0C;

  • для дистиляту - tР = 78,4 0C;

  • для кубового залишку - - tW = 93,3 0C.

Теплоємкості етилового спирту при 78,4, 81,4 і 93,3 0C відповідно складають 3227,4, 3269,2 і 3381,3 Дж/ (кг ∙ К), для води при цих же температурах теплоємкість майже однакова і становить 4190 Дж/ (кг ∙ К) [8].

Теплоємкості вихідної суміші, дистиляту та кубового залишку визначаються за формулою [3]:














^ 4.4. Технологічний розрахунок


4.4.1. Визначення об’ємів пари і рідини, що проходять через колону

Спочатку визначаємо мольні маси рідни і пари в колоні [3].

Середній мольний склад рідини:

  • в верхній частині колони:



  • в нижній частині колони:



Середній масовий склад рідини [3]:

  • у верхній частині колони:



  • у нижній частині колони:



Середня мольна маса рідини [3]:

  • у верхній частині колони:



  • у нижній частині колони:




^ 4.4.3. Розрахунок насадки та висоти ректифікаційної колони


Для визначення висоти колони треба розрахувати число дійсних насадок. Для визначення числа теоретичних насадок (рис. 7) на діаграмі х – у будуємо лінії робочих концентрацій, укріплюючої та вичерпної частини колони. На осі ординат відкладаємо відрізок , величина якого визначається за формулою [3]:





xW = 0,035 xF = 0,33 xP = 0,92


Рис. 7. Графічне визначення числа теоретичних насадок в ректифікаційній колоні


Висновки


У процесі роботи була розрахована ректифікаційна насадкова колона для розділення бінарної суміші етиловий спирт - вода. Як насадка були використані безпорядково насипані керамічні кільця Рашига діаметром 25 × 25 × 3 мм.

Були отримані наступні дані:

  • діаметр колони – 1800 мм ;

  • висота колони – 13,6 м ;

  • витрата дистиляту – 2,84 кг/ с;

  • витрата кубового залишку – 5,66 кг/ с ;

  • флегмове число – 1,95;

  • витрата гріючої пари у кубі-випарнику – 5,66 кг/ с;

  • витрата охолоджуючої води:

а) у дефлегматорі – 179,26 кг/ с ;

б) у водяному холодильнику дистиляту – 6,27 кг/ с;

в) у водяному холодильнику кубового залишку – 21,89 кг/ с;

усього: 208,1 кг/ с;

  • швидкість пари в колоні – 2,2 м/с;

  • загальне число насадок - 3, із них 1 нижня та 2 верхні.

  • повний гідравлічний опір зрошуваної насадки – 70076,7 Па.

Список використаної літератури


1. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты - М.: Химия, 1978. - 277 с.

2. Дытнерский Ю.А. Процессы и аппараты химической технологии. 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. - 496с.

3. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

4. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. - М.: Химия, 1973. - 750 с.

5. Колонные аппараты. Каталог. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1978. - 31 с.

6. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры - Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

7. Лебедев П. Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий: учеб. пособие для энергетических вузов и факультетов. – М.: Энергия, 1970. – 408 с.

8. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов - Л.: Химия, 1976. - 552 с.

9. Стабников В. Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректифи­кационных и абсорбционных аппаратов - К.: Техника, 1970. - 208 с.