Файл: 1. Литературный обзор 1 Теоретические основы процесса ректификации.pdf

16 от него можно было добраться до нижерасположенного люка. Обычно через каждые пять тарелок устраивают один люк-лаз диаметром не менее 450 мм.
Если среда в колоннах некоррозионноактивна и исключено забивание тарелок продуктами коррозии, смолами, коксом и др., т. е. нет необходимости в частой разборке тарелок, то люки располагают через десять тарелок и более.
Чем меньше люков, тем меньше стоимость колонны, меньше вероятность течи продукта и пропуска газа.
1.3 Выбор конструкции аппарата
При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Важно учитывать все виды возможного коррозийного разрушения материалов в агрессивной среде при ее заданных рабочих параметрах. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала.
В курсовом проекте используется клапанная ректификационная колонна непрерывного действия, которая обеспечивает:

эффективный массообмен в большом интервале рабочих нагрузок;

широкий диапазон изменения нагрузки по пару;

равномерное распределение пара по площади тарелки;

минимальная склонность к загрязнениям;

несложность конструкции и малая масса аппарата;

низкая металлоемкость и невысокая стоимость.
Обеспечивается более высокая чистота и качество целевых продуктов разделения, что в конечном итоге приводит к повышению качества и к снижению себестоимости продуктов разделения ректификацией или абсорбцией в сочетании с ректификацией.
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
11
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

17
Снижение обратного перемешивания жидкости на тарелке, увеличение за счет этого движущей силы процесса и повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью [6].
1.4 Физико-химическая характеристика продуктов
1.4.1 Гексан
Гексан представляет собой углеводород, характеризующийся тем, что представляет собой органическое соединение, конденсированная химическая формула которого - C
6
Н
14
. Это бесцветная прозрачная жидкость, которую нельзя смешивать с водой. Он имеет пять изомеров, являясь одним из наиболее важных парафиновых углеводородов в промышленности и исследованиях.
Физические свойства: бесцветная жидкость; молярная масса - 86,18 г/моль; плотность - 0,6548 г/см³; энергия ионизации - 10,18 ± 0,01 эВ.
Термические свойства: температура плавления -95 0
С; температура кипения
68 0
С; температура вспышки -7 0
F; температура самовоспламенения 240 0
С.
Показатель преломления
Н-гексан имеет низкое значение октанового числа, около 24—26 и является нежелательной составной частью синтетического бензина, снижающего его октановое число.
Гексан получают фракционной перегонкой сырой нефти.
Это легковоспламеняющаяся летучая жидкость, содержащаяся в бензине, быстросохнущих клеях и каучуковом клее. Гексан используется в качестве растворителя в процессе экстракции растительных масел, а также липидов и жиров, присутствующих в загрязненной воде и почве.
Люди, которые профессионально подвергаются воздействию гексана, могут испытывать повреждение периферической нервной системы, проявляющееся в виде покалывания и судорог в ногах и руках; в дополнение к общей мышечной слабости и, в тяжелых случаях, атрофии скелетных мышц.
1.4.2 Изооктан
Прозрачная бесцветная жидкость с запахом бензина; tпл −107,38 °C, tкип 99,24 °C, плотность 0,69192 г/см³ (20 °C),
1,39145, теплота сгорания
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
12
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

18 5,463 МДж/моль, или 1305,29 ккал/моль (25 °C, p = const), теплота испарения
307,63 Дж/г, или 73,50 кал/г (25 °C). Изооктан нерастворим в воде, растворим в обычных органических растворителях; образует азеотропные смеси, например с бензолом, метиловым и этиловым спиртами.
Изооктан, 2,2,4-триметилпентан, предельный углеводород алифатического ряда, С(СН
3
)
3
— CH
2
— CH(CH
3
)
2
Изооктан относится к классу предельных углеводородов алифатического химического ряда, является изомером октана. В шкале измерений октановых чисел изооктан, благодаря своим антидетонационным свойствам соответствует градации, соответствующей ста единицам.
Изооктан, равно, как и прочие изомеры октана в небольших концентрациях содержится в некоторых видах бензина, полученных методом прямой гонки.
В химической промышленности для получения изооктана специалистами применяется метод гидрирования диизобутилена с использованием медно- хромового катализатора, а также с помощью реакции алкилирования изобутана изобутиленом при участии серной кислоты в концентрированном виде, BF
3
, AlCl
3
и других веществ-катализаторов.
Главным применением изооктана является его использование в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве важной добавки к тем видам бензинов, к которым предъявляются повышенные требования к их антидетонационным свойствам, а также в качестве растворителя.
1.5 Выбор конструкционных материалов
Конструкционными называют материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергаюшиеся механическим нагрузкам. Детали машин и приборов характеризуются большим разнообразием форм, размеров, условий эксплуатации.
Они работают при статических, циклических и ударных нагрузках, при низких и высоких температурах, в контакте с различными средами. Эти факторы
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
13
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

19 определяют требования к конструкционным материалам, основные из которых эксплуатационные, технологические и экономические [7].
Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение. Для того чтобы обеспечить работоспособность конкретных машин и приборов, конструкционный материал должен иметь высокую конструкционную прочность.
Конструкционной прочностью называется комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу материала в условиях эксплуатации.
Требуемые характеристики механических свойств материала для конкретного изделия зависят не только от силовых факторов, но и воздействия на него рабочей среды и температуры.
Среда - жидкая, газообразная, ионизированная, радиационная, в которой работает материал, оказывает существенное и преимущественно отрицательное влияние на его механические свойства, снижая работоспособность деталей. В частности, рабочая среда может вызывать повреждение поверхности вследствие коррозионного растрескивания, окисления и образования окалины, изменение химического состава поверхностного слоя в результате насыщения нежелательными элементами (например, водородом, вызывающим охрупчива- ние). Кроме того, возможны разбухание и местное разрушение материала в результате ионизационного и радиационного облучения. Для того чтобы противостоять рабочей среде, материал должен обладать не только механическими, но и определенными физико-химическими свойствами: стойкостью к электрохимической коррозии, жаростойкостью (окалиностойкостью
- устойчивостью к химической коррозии), радиационной стойкостью, влагостойкостью, способностью работать в условиях вакуума и др.
Температурный диапазон работы современных материалов очень широк - от 269 до 1000 °С, а в отдельных случаях до 2500 "С. Для обеспечения работоспособности при высокой температуре от материала требуется жаропрочность, а при низкой температуре – хладостойкость [7].
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
14
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

20
Технологические требования (технологичность материала) направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструкций.
Технологичность материала характеризуют возможные методы его обработки.
Для обоснованного выбора конструкционного материала необходима информация о его коррозионной стойкости, соотношении стойкости и надежности, работоспособности в условиях высоких температур и давлений, различных коррозионных сред, высоких механических напряжений, эрозии под действием потока жидкости (пара, газа), несущего твердые частицы под высоким давлением и при высоких скоростях. Для борьбы с эрозией нужно знать, как изменяются свойства материалов при различных скоростях материального потока и углах падения частиц [7].
Снижения эрозии можно добиться ограничением скорости движения среды или выбором необходимой конструкции трубопровода, использованием большого припуска на коррозию для той части оборудования, которая в наибольшей мере подвержена эрозии. Как уже отмечалось, эрозии подвергаются главным образом места переходных сечений, врезки штуцеров, переходы и т. д. Опасность коррозионного и эрозионного разрушения нужно оценивать в каждом конкретном случае с учетом характеристики среды и режима работы системы, а также статистических сведений о скорости коррозии, сроках безаварийной работы и частоте аварий по этим причинам в реальных производственных условиях.
Известно, что с повышением температуры и давления скорость коррозии, как правило, возрастает, увеличение скорости движения жидкостей и газов в аппаратах и трубопроводах также влечет за собой усиление коррозии. Поскольку в технологических регламентах эти параметры определены с учетом коррозионного действия, очевидно, что их нарушение будет увеличивать степень коррозии, поэтому такие нарушения недопустимы. Даже при правильном выборе конструкционного материала причиной коррозии может служить небрежный уход за оборудованием. Малозаметные трещины в кислотоупорной футеровке могут привести впоследствии к серьезным авариям. Установлено, что трещины,
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
15
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

21 рванины, царапины являются участками, где обычно начинается коррозия, поэтому нельзя.
Материал должен обладать высокой герметичностью в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок
(ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т.п.), низкой стоимостью материала, не дефицитностью и освоенностью его в промышленности [7].
1.6 Технологическая схема и ее описание
Исходную смесь из промежуточной емкости-1 центробежным насосом-2 подают в теплообменник-3, где подогревают до температуры кипения и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава х
F
, т.е. на верхнюю тарелку нижней исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту.
Рисунок 1.10 - Технологическая схема ректификационной установки
Внутри ректификационной колонны-4 расположены контактные устройства в виде тарелок. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из выносного куба – испарителя (кипятильника)-5 (куб – испаритель может
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
16
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата

22 размещаться и непосредственно под колонной). Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка х
W
, т.е. обеднен легколетучим компонентом.
Таким образом, пар, выходящий из куба – испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Для полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава х
Р
, получаемой в дефлегматоре-6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Пар конденсируется в дефлегматоре, охлаждаемом водой. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике-7 и направляется в промежуточную емкость-8. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом.
Из куба – испарителя отводят нижний продукт или кубовый остаток.
Из кубовой части колонны насосом-9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике-10 и направляется в емкость-11.
КП.18.03.01.03-3030/31К.285.2022.00.ПЗ
Лист
17
Изм. Лист
№ докум
Подпись Дата