Введение
Ректификация-это процесс разделения бинарных и многокомпонентных жидких смесей, компоненты которых имеют различную летучесть, на практике чистые компоненты или фракции путем противоточного взаимодействия жидкости и пара. Процесс ректификации основан на различии летучести компонентов, в результате чего в парах, контактирующих с жидкостью (или находящихся в ней в равности), преобладает более летучий компонент. Процессы ректификации осуществляются в ректификационных колоннах, снабженных контактными устройствами, обеспечивающими взаимодействие пара и жидкости.
Задание
Выполнить проект ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси при следующих исходных данных. Производительность установки – Gf, кг/ч, содержание компонента А в исходной смеси – af,, массовые %. Дистиллят должен содержать ad массовые % компонента А, кубовый остаток – аw, массовые % компонента А. Исходная смесь подается в колонну при температуре кипения. Температура охлаждающей воды – tв, оС, температура охлажденного дистиллята – tк, оС. Кипятильник обогревается насыщенным водяным паром давлением Р, бар.
Нормативные ссылки
В данных методических указаниях и при курсовом проектировании используются следующие нормативные документы.
ГОСТ 2. 105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
ГОСТ 2. 106-96 ЕСКД. Текстовые документы
ГОСТ 2. 109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
ГОСТ 2. 201-80 ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских документов
ГОСТ 2. 301-68 ЕСКД. Форматы
ГОСТ 2. 302-68 ЕСКД. Масштабы
ГОСТ 2. 303-68 ЕСКД. Линии
ГОСТ 2. 304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
ГОСТ 2. 305-68 ЕСКД. Изображения – виды, разрезы, сечения
ГОСТ 2. 315-68 ЕСКД. Изображения упрощенные и условные крепежных деталей
ГОСТ 2. 316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц.
ГОСТ 2. 701-84 ЕСКД. Схемы виды и типы. Общие требования к выполнению
ГОСТ 2. 721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения
ГОСТ 3. 1103-82 ЕСТД. Основные надписи
ГОСТ 3. 1120-83 ЕСТД. Общие правила отражения и оформления требований безопасности труда в технологической документации
ГОСТ 19. 202-78 ЕСТД. Спецификация. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19. 404-79 ЕСТД. Пояснительная записка Требования к содержанию и оформлению
Р 50-77-88 ЕСТД Рекомендация. ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
Определение количества дистиллята и кубового остатка
По заданно производительности колоны по сырью Gf, кг/ч, составу сырья аf, дистиллята аd и кубового остатка аw по уравнениям материального баланса колонны определяются количества отбираемых дистиллята Gd. кг/ч, и кубового остатка Gw, кг/ч:
Определение числа теоретических тарелок, необходимых для заданного разделения смеси
Для построения кривой равновесия и рабочей линии массовые доли af, ad и aw переводятся в мольные xf, xd и xw по выражению
где МА, МВ – молекулярные массы компонентов А и В, соответственно.
На основе равновесных зависимостей системы жидкости – пар в масштабе на миллиметровой бумаге строят кривую равновесия в координатах у – х и наносят рассчитанные концентрации xf, xd и xw. Рабочее (оптимальное) флегмовое число R определяют с учетом минимального флегмового числа
Более точно и конкретно оптимальное флегмовое число R=Rопт определяется методом расчета числа теоретических тарелок NТ при различных R. Оптимальное флегмовое число Rопт будет соответствовать минимальному объему колонны, пропорциональному величине NТ (R + 1)
Рабочая линия укрепляющей части колонны проводится через точку «d» (с координатами х = хd, у = хd), лежащую на диагонали и через точку «в», лежащую на оси ординат (х=0, у=в) причем
Рабочая линия исчерпывающей части колонны проводитя через точку «w», лежащую на диагонали с координатами (х=хw, у=хw) и точку «f» пересечение рабочей линии укрепляющей части колонны с вертикалью (х=хf).
Между рабочей линией и кривой равновесия, начиная из точки «d», строят ступени изменения концентраций из горизонтальных и вертикальных отрезков между рабочей линией и кривой равновесия до пересечения последней горизонтали с вертикалью х=хw. Число теоретических тарелок равно числу ступеней изменения концентрации NТ.
Определение диаметра колонны
Диаметр колонны Dк, м, рассчитывается по уравнению расхода для укрепляющей и исчерпывающей части колонны
где Gd – количество отбираемого дистиллята, кг/ч;
Wn – скорость пара в полном сечении колонны, м/с»
Pn – плотность пара в верхней части колонны, кг/м3.
Предварительно необходимо определить допустимую скорость пара Wn в полном сечении колонны в условиях разделения данной смеси при принятом расстоянии между тарелками hТ. Принимаем расстояние между тарелками hТ в пределах от 400 до 600 мм из нормализированного ряда (hТ=400, 500, 600 мм).
Минимальная скорость пара Wmax, м/с, может быть определена по упрощенному выражению на основе допустимого фактора скорости Fs, который для клапанных тарелок принимается равным Fs = 3 * А. Коэффициент А зависит от расстояния между тарелками hТ
Рабочая скорость пара
Средняя плотность параPn, кг/м3, в укрепляющей и исчерпывающей части колонны определяется по уравнению состояния.
Где Р – давление в колонне, Па (Р= 1*105 Па);
Мср – средняя молекулярная масса паровой смеси.
Где уср – средний состав пара для каждой из частей колонны, мол. Доли:
Для укрепляющей части колонны
Для исчерпывающей части колонны
Где уf, уw – составы пара в мол. Долях определяются по кривой равновесия для соответствующих концентраций хf, хw; уd = хd.
Температуру Т, К, для каждой из частей колонны определяют по формуле
Средняя температура в каждой из частей колонны может быть определена двумя способами. Первый:
Где tf, td, tw – температуры кипения исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, определяют по диаграмме t – x, y
Второй: tср у определяется по уср у, а tср и определяется по уср и из диаграммы t – x, y.
Размеры клапанной тарелки выбирают по диаметру колонны Dk
Для средних условий работы тарелки высота сливной планки hn = 80мм.