Поняття ректифікації
Сутність ректифікації як поділу однорідних рідких сумішей на практично чисті компоненти, що відрізняються температурами кипіння. Розрахунок установки ректифікації для поділу суміші мурашиної кислоти. Визначення матеріального балансу колони.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru
Ректифікація - поділ однорідних рідких сумішей на практично чисті компоненти, що відрізняються температурами кипіння, шляхом багаторазового випаровування рідини та конденсації парів. У цьому полягає основна відмінність ректифікації від дистиляції, коли він у результаті одноразового циклу часткового випаровування-конденсації досягається лише попереднє поділ рідких сумішей. Потоки пари та рідини в процесі ректифікації, переміщаючись протитечією, багаторазово контактують один з одним у спеціальних апаратах – ректифікаційних колонах. Частина пари (або рідини), що виходить з апарату, повертається назад після конденсації (для пари) або випаровування (для рідини). Такий протиточний рух контактуючих потоків супроводжується процесами теплообміну та масообміну, які на кожній стадії контакту протікають до стану рівноваги; при цьому висхідні потоки пари безперервно збагачуються більш летким - низькокиплячим компонентом (НКК), а стікаюча рідина - менш летким висококиплячим (ВКК). При витраті тієї ж кількості тепла, що і при дистиляції, ректифікація дозволяє досягти більшого вилучення та збагачення за потрібним компонентом або групою компонентів. Ректифікацію розрізняють безперервну та періодичну. У разі безперервноїректифікації суміш, що розділяється, безперервно подається в ректифікаційну колону і з колони безперервно відводяться дві і більше фракцій, збагачених одними компонентами і об'єднаних іншими. Повна колона складається з 2 секцій - зміцнюючої та вичерпної. Вихідна суміш (зазвичай при температурі кипіння) подається в колону, де змішується з вилученою рідиною і стікає по контактних пристроях (тарілках або насадці) вичерпної секції протитечією до потоку пари, що піднімається. Досягши низу колони, рідинний потік, збагачений важколітучими компонентами, подається в куб колони. Тут рідина частково випаровується в результаті нагрівання відповідним теплоносієм, і пара знову надходить у вичерпну секцію. Пар, що виходить з цієї секції, надходить у зміцнювальну секцію. Пройшовши її, збагачений легколетючими компонентами пар, надходить у дефлегматор, де зазвичай повністю конденсується відповідним холодоагентом. Отримана рідина ділиться на 2 потоки: дистилят та флегму. Дистилят є продуктовим потоком, а флегма надходить на зрошення секції, що зміцнює, по контактних пристроях якої стікає. Частина рідини виводиться із куба колони як кубового залишку. Відношення кількості флегми до кількості дистиляту позначається через R і зветься флегмового числа. Це - важлива характеристика процесу ректифікації: що більше R, то більше вписувалося експлуатаційні витрати на проведення процесу. Мінімально необхідні витрати тепла та холоду, пов'язані з виконанням якоїсь конкретної задачі поділу, можуть бути знайдені з використанням поняття мінімального флегмового числа. Мінімальна флегмова кількість розрахунковим шляхом з припущення, що число контактних пристроїв, або загальна висота насадки, прагне нескінченності. Якщо вихідну сумішпотрібно розділити безперервним способом число фракцій більше двох, то застосовується послідовне, або паралельно-послідовне з'єднання колон. При періодичній ректифікації вихідна рідка суміш завантажується в куб колони, ємність якого відповідає бажаної продуктивності. Пари з куба надходять у колону і піднімаються до дефлегматора, де відбувається їхня конденсація. У початковий період весь конденсат повертається до колони, що відповідає режиму повного зрошення. Потім конденсат ділиться на флегму та дистилят. У міру відбору дистиляту (або при постійному флегмовому числі, або з його зміною) з колони виводяться спочатку легколеткі компоненти, потім середньолеткі і т. д.. Операція продовжується до повної переробки спочатку завантаженої суміші. Апарати, службовці щодо ректифікації, - ректифікаційні колони - складаються з власне колони, де здійснюється протиточне контактування пари і рідини, і пристроїв, у яких відбувається випаровування рідини і конденсація пари, - куба і дефлегматора. Колона являє собою порожнистий циліндр, що вертикально стоїть, усередині якого встановлені тарілки (контактні пристрої різної конструкції) або вміщений фігурний кусковий матеріал - насадка. Куб і дефлегматор – це зазвичай кожухотрубні теплообмінники (знаходять застосування також трубчасті печі та роторні випарники). Призначення тарілок та насадки - розвиток міжфазної поверхні та покращення контакту між рідиною та парою. Тарілки, як правило, постачаються пристроєм для переливу рідини. Як насадка ректифікаційних колон зазвичай використовуються кільця, зовнішній діаметр яких дорівнює їх висоті. Найбільш поширені кільця Рашига та їх різнімодифікації. Як в насадкових, так і в тарілчастих колонах кінетична енергія пари використовується для подолання гідравлічного опору контактних пристроїв і створення динамічної дисперсної системи пар - рідина з великою міжфазною поверхнею. Існують також колони ректифікації з підведенням механічної енергії, в яких дисперсна система створюється при обертанні ротора, встановленого по осі колони. Роторні апарати мають менший перепад тиску висотою, що особливо важливо для вакуумних колон. Розрахунок колони ректифікації зводиться до визначення основних геометричних розмірів колони - діаметра і висоти. Обидва параметри значною мірою визначаються гідродинамічний режим роботи колони, який, у свою чергу, залежить від швидкостей і фізичних властивостей фаз, а також від типу насадки. Ректифікація широко застосовується як у промисловому, так і в препаративному та лабораторному масштабах, часто в комплексі з іншими процесами поділу, такими як адсорбція, екстракція та кристалізація. Так само ректифікація застосовна для отримання окремих фракцій та індивідуальних вуглеводнів з нафтової сировини у нафтопереробній та нафтохімічній промисловості. Ректифікація широко використовується в багатьох галузях: коксохімічній, лісохімічній, харчовій, хіміко-фармацевтичній промисловості та ін. Останнім часом ректифікація набуває все більшого практичного значення у зв'язку з вирішенням таких важливих завдань, як очищення речовин і виділення цінних компонентів з відходів або природних сумішей. Сюди відносять виділення стабільних ізотопів низки легких елементів. Ректифікація як метод очищення має низку незаперечних переваг, серед яких найважливіше те, що в процес не потрібно вносити ті агенти, які можуть бути джереламизабруднення.
1. Постановка задачі
Розрахунок ректифікаційної установки для поділу суміші мурашина кислота – оцтова кислота.
Масова витрата сировини, що надходить у колону, кг/год - 13800;
Склад (у масових частках або відсотках): сировини – 30%, дистиляту – 93%, кубової рідини – 1,5%;
Тиск, кПа: верхи – визначити розрахунком, зони живлення – 150 кПа, куба колони – визначити розрахунком;
Температура сировини, що надходить, дорівнює температурі початку кипіння суміші при тиску в зоні живлення (тобто частка відгону сировини на вході в колону е=0);
Прийняти до встановлення в колоні сітчасті тарілки.
Холодоагент (і його параметри) для конденсації пари в дефлегматоре вибрати самостійно;
Параметри теплоносія для випаровування флегми в окропі вибрати самостійно.
2. Опис технологічної схеми
Принципова схема установки ректифікації представлена на рис. 1
Мал. 1 Схема установки ректифікації: 1 - ємність для вихідної суміші; 2,9 – насоси; 3 – теплообмінник-підігрівач; 4 – кип'ятильник; 5 – ректифікаційна колона; 6 – дефлегматор; 7 - холодильник дистиляту; 8 - ємність для збирання дистиляту; 10 – холодильник кубової рідини; 11 - ємність для кубової рідини
3. Опис конструкції апарату та обґрунтування його вибору
Сутність процесу ректифікації зводиться до виділення із суміші двох або більше рідин з різними температурами кипіння. Ступінь поділу суміші залежить від того, наскільки розвинена поверхня фазового контакту, а отже від пристрою ректифікаційної колони.
У промисловості застосовують ковпачкові, ситчасті, насадкові, клапанні, плівкові ректифікатори. Вони різняться переважно конструкцією внутрішніх пристроїв. Застосуваннярізних контактних пристроїв зумовлено наступними чинниками: умовами поділу в апараті, особливими вимогами до апаратного оформлення, особливими вимогами до технологічного процесу. Нині найширше застосування знайшли тарілчасті колони з переливними пристроями. Велика різноманітність тарілчастих контактних пристроїв ускладнює вибір оптимальної конструкції тарілки. При цьому поряд із загальними вимогами (висока інтенсивність одиниці об'єму апарату, його вартість та ін.) висуваються вимоги, зумовлені специфікою виробництва: великий інтервал стійкої роботи при зміні навантажень по фазах, можливість використання тарілок у середовищі забруднених рідин, можливість захисту від корозії тощо .п. Найчастіше ці характеристики тарілок стають превалюючими, що визначають придатність тієї чи іншої конструкцій для використання у кожному конкретному процесі.
4. Технологічний розрахунок
Матеріальний баланс колони.
Масову витрату дистиляту, що отримується, і кубового залишку визначають з рівняння матеріального балансу колони по низькокиплячому компоненту:
ректифікація кислота кипіння
Після визначення масової витрати дистиляту та кубової рідини знаходять масову витрату кожного компонента в дистиляті та кубовому продукті, мелену витрату компонентів у продуктах поділу суміші та, а також молитовний склад одержуваних дистиляту та залишку. Для складання матеріального балансу використовують співвідношення:
де - молярна маса i-того компонента суміші; q – число компонентів суміші.
Масові витрати мурашиної та оцтової кислот у сировині, дистиляті та кубовому продукті визначаємо відповідно за формулами (4) - (6):
Молільні витрати мурашиної та оцтової кислот у сировині, дистиляті та кубовомупродукт розраховуємо за формулами (7) - (9):
Молильні частки мурашиної та оцтової кислот у сировині, дистиляті та кубовій рідині визначаємо за формулами (10) - (12):
Матеріальний баланс колони представлений табл.1.