Колонна ректификационная

Министерство образования и науки РФ

ГОУ СПО «Чапаевский химико-технологический техникум»

Специальность 240125 «Технология переработки пластмасс и эластомеров »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

По дисциплине: «Процессы и аппараты»

Тема: Колонна ректификационная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Разработала студентка группы 27-2                  

                                                                     М.С.Пантюхова

                        

 

                                                                               Проверила преподаватель

                                                                    Л.Б.Никишёва 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Копейск 2013

Содержание

 

Введение                                                                                                                                   2

 

1. Технологическая  часть

1.1 Сущность  и назначение процесса                                                                                      3

1.2 Сравнительная  характеристика                                                                                         5

1.3 Описание  аппарата                                                                                                              6

1.4 Описание  схемы                                                                                                                   7

1.5 Характеристика  сырья                                                                                                        9

1.6 Техника безопасности и охрана труда                                                                               10

 

2. Расчетная  часть

2.1 Материальный  баланс                                                                                                          13

2.2 Технологический расчет                                                                                                      14

2.3 Гидравлический расчет                                                                                                        18

2.4 Тепловой баланс                                                                                                                    23

2.5 Расчет  насоса                                                                                                                        25

 

3. Экономический  расчет                                                                                                            26

 

Заключение                                                                                                                                   27  

 

Список литературы                                                                                                                     27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В современной химической промышленности широкое применение нашли высокоэффективные технологические процессы с использованием агрегатов большой единичной мощности, средств механизации и автоматизации.

В структуре химического производства техник-технолог занимает должности аппаратчика, оператора технологических установок, мастера или начальника участка, начальника смены производства, техника-конструктора и др. Таким образом, техник-технолог занимается организацией и управлением производства, разработкой необходимой конструкторской документации, связанной с реконструкцией и проектированием производств. Для реализации этих функций необходимы глубокие знания техники и технологии, методик расчета технологического процесса и оборудования. Определяющая роль в этом принадлежит курсу «Процессы и аппараты химической технологии», который базируется на фундаментальных законах естественных наук и составляет теоретическую базу химической технологии.

Курсовой проект является завершающим этапом изучения предмета. В период работы над курсовым проектом учащиеся приобретают навыки самостоятельной работы по выполнению расчетов химической аппаратуры и графическому оформлению проектирования, знакомятся с действующей нормативно-технологической документацией, справочной литературой, приобретают навыки выбора аппаратуры и технико-экономических обоснований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая часть

 

Сущность и назначение процесса

 

Одним из наиболее распространенным методом разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух и большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация). Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре.

Существует два принципиально отличных вида перегонки:

1. простая перегонка (дистилляция);
2. ректификация.

Процесс частичного испарения жидкой смеси и образование пара, при конденсации которого образуется жидкость нового состава – дистиллят, называется дистилляцией. Дистиллят содержит больше летучего компонента, чем исходная жидкость. Дистилляция или перегонка основана на различие температур кипения, парциальных давлений и летучести отдельных веществ, входящих в состав смеси. Более летучим в процессе испарения является компонент с более низкой температурой кипения.

Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различны, т.е. отношение летучести  (относительная летучесть) компонентов значительно. Обычно она используется для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от нежелательных примесей.

Процессы дистилляции различаются в зависимости от условий их применения.

Разделение исходной смеси с любым числом компонентов на любое число фракций различных составов посредством частичного испарения этой смеси и конденсации этих паров называют простой дистилляцией.

При частичной конденсации паров охлаждением их смеси в первую очередь будут сжиматься высококипящие компоненты. При этом остатки пара будут обогащаться низкокипящими компонентами. Такое разделение смеси паров на фракции различных составов называют фракционной конденсацией.

Значительно более полное разделение жидких смесей на компоненты достигается путем ректификации.

Ректификация – процесс разделения гомогенных смесей летучих жидкостей путем двухстороннего массо- и теплообмена между неравновесными жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущиеся относительно друг друга. Ректификация является сложным процессом дистилляции.

Процесс ректификации осуществляется периодически или непрерывно при различных давлениях: под атмосферным давлением, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного.

Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз, при каждом контакте из жидкости испарится преимущественно НК, которым обогащаются пары, а из паровой фазы конденсируется преимущественно ВК, переходящий в жидкость. Обмен компонентами между фазами позволит получить пары, представляющие собой почти части НК. Эти пары, выходящие из верхней части колонны, после их конденсации в отдельном аппарате дают дистиллят, или ректификат (верхний продукт) и флегму – жидкость, возвращаемую для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися по колонне парами. Снизу колонны удаляется жидкость, представляющая собой почти чистый ВК остаток (нижний продукт). Части остатка испаряют в нижней части колонны для получения восходящего потока пара.

Значительно более экономичное, полное четкое разделение смеси на компоненты достигается в процессах ректификации, проводимых обычно в более компактных аппаратах – ректификационных колоннах. В настоящее время ректификация все шире применяется в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение (в производствах органического синтеза изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнительная характеристика

существующих аппаратов

 

Определяющей характеристикой массообменной аппаратуры является состояние межфазной поверхности. В соответствии с этим в основе классификации аппаратуры, предназначенной для проведения процессов массопередачи, положен принцип образования межфазной поверхности.

Диффузионные аппараты классифицируют на группы:

1. аппараты с фиксированной поверхностью фазового контакта;
2. аппараты с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения паров;
3. аппараты с внешним подводом энергии.

К конструкциям массообменных аппаратов предъявляют следующие требования: дешевизна, простота в обслуживании, высокая производительность, максимально развитая поверхность контакта между фазами и эффективность передачи массы вещества из одной фазы в другую, устойчивость режима в широком диапазоне нагрузок, максимальная пропускная способность по паровой (газовой) и жидкой фазе, минимальное гидравлическое сопротивление, прочность конструкции и долговечность.

В промышленности применяются тарельчатые, насадочные, пленочные, трубчатые и центробежные ректификационные аппараты. Они отличаются друг от друга внутренним устройством, назначение которого обеспечить максимальную поверхность контакта пара с жидкостью. Тарельчатые колонны бывают колпачковыми, ситчатыми, решетчатыми и провальными.

Тарельчатые колпачковые колонны наиболее часто применяются в заводских установках. Колпачки могут быть круглыми (капсульными), туннельными, желобчатыми и клапанными. Паровые патрубки колпачков развальцовываются или привариваются к тарелке. Тарелки крепятся на кольцевых опорах, приведенных к корпусу или соединяются в пакет при помощи винтового соединения. Эти тарелки обеспечивают повышенную производительность колонны.

Ситчатые колонны особенно широко применяются при ректификации жидкого воздуха. Тепло- и массообмен между паром и жидкостью в основном происходит на некотором расстоянии в слое пены и брызг. Ситчатая колонна не применима в коррозионных условиях и для ректификации растворов, содержащих твердые примеси.

Тарельчатые решетчатые колонны без переливного устройства. Тарелки изготавливаются в виде пластинок различной формы. Пар и жидкость попеременно проходит через тарелки между пластинками в любом месте. По сравнению с ситчатыми проволочные тарелки обеспечивают большую производительность и менее чувствительна к загрязнениям и коррозии.

Трубчатые и пленочные колонны состоят из пучка вертикальных труб, по внутренней поверхности которых мокрой пленкой стекает жидкость, взаимодействующая с поднимающимся паром. Эти аппараты отличаются простотой изготовления, высокими коэффициентами массопередачи и малым гидравлическим сопротивлением. Ротационные пленочные аппараты обладают небольшими размерами, высокой производительностью, но сложны в изготовлении, требуют расхода сложности на вращении.

Насадочные ректификационные колонны представляют собой цилиндрические аппараты. Насадка насыпается навалом или укладывается на пластиковую решетку. Если высота насадки больше 1-1,5 диаметра колонны, то по мере стекания жидкости вниз движущийся навстречу пар оттеснит её к стенкам колонны. Повышение скорости пара приводит к «захлебыванию» насадки, когда пар увлекает всю жидкость, изменяет направление её движения. Процесс ректификации при этом прекращается. Такой случай недопустим в работающих колоннах.

Размещение колпачков на тарелке в колонне производится в зависимости от диаметров колонны, колпачка и размеров сливного устройства. Тарелки соединяются с корпусом колонны разъемно и неразъемно. Цельносварные колонны являются самой простой конструкцией. Для установки тарелок к обечайке приваривается уголок, а к нему лист тарелки. Этот способ крепления тарелок применяется для колонн небольших диаметров.

Для колонн больших диаметров тарелки устанавливаются на опорных уголках, горизонтальность её регулируется при помощи регулировочных винтов. Тарелки могут зажиматься между фланцами колонны. Такое крепление не выгодно, т.к. при этом увеличивается масса колонны. Простой и удобной конструкцией является установка на уголках с уплотнительной прокладкой.

В современных колоннах водослив делают в виде металлической пластины. Высоту установки регулируют. Для урегулирования высоты перелива в колоннах с круглыми переливными патрубками их делают с резьбой, позволяющей перемещать патрубок. Для устойчивости внизу колонны приваривается опорное кольцо, с помощью которого она крепится к фундаменту.

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание аппарата

 

Основным аппаратом ректификационной установки является ректификационная колонна – имеет цилиндрический корпус, который состоит из нижней (исчерпывающей) части, в которой происходит удаление легколетучего компонента из стекающей вниз жидкости и верхней (укрепляющей) части, назначение которой – обогащение поднимающихся паров легколетучего компонента, а также состоит из куба колонны, где вмонтирован теплообменник.