Файл: Ректификационная установка непрерывного действия.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И

ДИЗАЙНА»



ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА

Институт технологии

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Курсовой проект на тему

Ректификационная установка непрерывного действия

Руководитель: Выполнил:

Д.т.н., доцент. Мидуков Н. П. Студент гр.135

Дементьев А.А.

Санкт-Петербург

2023

Содержание

Введение

Ректификация – это ступенчатое или непрерывное взаимодействие неравновесных по составу жидкости и пара. При этом жидкость по колонне стекает сверху вниз, а пар поднимается снизу вверх.

Ректификация проводится:

– при атмосферном давлении;

– под вакуумом (применяется в том случае, если компоненты имеют высокую температуру кипения). Вакуум снижает температуру кипения;

---

– при повышенном давлении (применяется для разделения газовых смесей, находящихся в жидком состоянии).

Рассмотрим схему ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси этиловый спирт – вода при атмосферном давлении (рис.1)

В системе этиловый спирт – вода:

Т кип.э. с. = 78,3 ⁰С

Т кип. воды = 100 ⁰С

Поэтому в дальнейшем этиловый спирт и воду заменяю на обозначения НКК (низкокипящий компонент) и ВКК (высококипящий компонент) соответственно.




Рис.1 Схема ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси этиловый спирт – вода при атмосферном давлении.

1 – емкость исходной смеси; 2, 9 – насосы; 3 – теплообменник – подогреватель; 4 – ректификационная колонна тарельчатого типа; 5 – дефлегматор; 6 – делитель; 7 – холодильник дистиллята; 8 – емкость для сбора дистиллята; 10 – холодильник кубовой жидкости; 11 – емкость для сбора кубовой жидкости.

Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус, внутри установлены контактные устройства в виде тарелок. Под нижнюю тарелку колонны подается водяной пар, который также называется «острым паром». Он подается на установку от ТЭЦ. В данной установке нет смысла устанавливать кипятильник, т.к. жидкость, которая стекает вниз по колонне, представляет собой чистый ВКК. Водяной пар восходящим потоком поднимается из куба колонны, при этом на каждой тарелке колонны происходит массообмен и пар выходит из верхней части колонны близким по составу к точке азеотропы. Поступает в дефлегматор (5), здесь пар НКК конденсируется и конденсат пара поступает в делитель (6), где разделяется на два потока: готовый продукт – дистиллят и флегму, которая возвращается в колонну на верхнюю тарелку. Флегма создает нисходящий поток жидкости в ректификационной колонне. При стекании жидкости вниз в нее переходит ВКК и в этот момент из нее испаряется НКК. Пар проходит через слой жидкости. На каждой тарелке температура пара больше, чем температура кипения жидкости. В результате из пара конденсируется частично ВКК, а теплота,

---

выделившаяся при конденсации, идет на испарение из жидкости НКК.

---

1.Расчет ректификационной колонны

1.1 Переход к мольным концентрациям

Используя формулу из табл.6.2. [2], выразим заданные массовые концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в мольных долях.

Мольная доля НКК в дистилляте:

г/моль;

Где М_Э=46,07 г/моль - мольная масса этилового спирта; М_В= 18 г/моль - мольная масса воды.

Мольная доля НКК в исходной смеси:

г/моль;

Мольная доля НКК в кубовом остатке:

г/моль;

1.2 Определение минимального и рабочего флегмовых чисел.

На рис.1 диаграммы y-x линия равновесия построена по данным табл.2 [1]. Линия равновесия пересекает диагональ квадрата при

Для расчёта минимального флегмового числа заданные массовые концентрации исходной смеси , дистиллята и кубового остатка переводим в мольный доли.

Затем от оси абсцисс из точек (точка А) и (точка B) восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с диагональю квадрата. Соединяем точки A и B. Так как прямая пересекает линию равновесия , то из точки А проводим касательную к линии равновесия и определяем значение отрезка , отсекаемого этой касательной на оси ординат. Отрезок АВ определяет положение рабочей линии укрепляющей части колонны при , что даёт рассчитать значение минимального флегмового числа. Эта рабочая линия отсекает на оси ординат отрезок . По уравнению (1) [1] рассчитываем величину минимального флегмового числа:

---

.

Для расчета рабочего флегмового числа воспользуемся упрощенным методом оптимизации. Расчеты проводятся на ЭВМ по программе, которая учитывает эффективность верхней и нижней частей колонны у тарелки питания и у верхней тарелки, а также эффективность куба.

При проведении расчета эффективности колонны, были получены следующие данные:



Рис.2 Результаты расчета оптимального флегмового числа с помощью программы, которая учитывает эффективность верхней и нижней частей колонны у тарелки питания и у верхней тарелки, а также эффективность куба.

Используя полученные данные, определим оптимальное значение рабочего флегмового числа. Упрощенный метод основан на допущении, что затраты на процесс ректификации пропорциональны объему ректификационной колонны. Принимают, что рабочий объём колонны пропорционален произведению , где – эффективность колонны, выраженная в теоретических ступенях разделения (теоретических тарелках).

Оптимальное флегмовое число соответствует минимуму на кривой рис.2 (приложение) .

1.3 Материальный баланс процесса

При обогреве ректификационной колонны непрерывного действия острым паром, который подаётся в куб колонны под нижнюю тарелку уравнения материального баланса можно составить только через мольный расходы и мольные доли низкокипящего компонента в паровой и жидкой фазах.

Так как мольный расход пара не изменяется по всей высоте колонны, а изменяется только его состав, то можно составить уравнение материального баланса по всем компонентам, участвующим в процессе (в мольных расходах).

---