Расчет тарельчатой ректификационной

РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ

 

 

Методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Массообменные процессы и аппараты химической технологии» для студентов по направлению 240100 всех форм обучения

 

 

Магнитогорск

2014

 

 

Составитель А. В.Горохов.

Расчет тарельчатой ректификационной колонны: Методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Массообменные процессы и аппараты химической технологии» для студентов по направлению 240100 всех форм обучения. Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Носова,, 2014, 28 с.

 

                              © Горохов А.В..

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Ректификацией называется тепломассообменный процесс разделения гомогенных смесей на составляющие, компоненты путем взаимодействия пара и жидкости, не находящихся в термодинамическом равновесии. При этом одна группа веществ, составляющих смесь, переходит преимущественно в пар (легколетучие, или низкокипящие компоненты - НКК), а другая часть - в жидкость, или кубовый остаток (высококипящие компоненты - ВКК). Таким образом, в процессе ректификации происходит перенос веществ из фазы в фазу, что позволяет относить этот процесс к группе массообменных. Создание противоточных парового и жидкостного потоков, контактирующих между собой, осуществляется в ректификационных колоннах (рисунок 1).

Исходная смесь F из своей емкости I насосом 2 подается через теплообменник 3, где она нагревается до температуры кипения, на питающую тарелку ректификационной колонны 4 и стекает в нижнюю часть колонны, называемую кубом. Из куба часть жидкости отводится через делитель 12 в виде кубового остатка на холодильник 11, а другая - поступает в нагреватель колонны 9, где доводится до температуры кипения. Образовавшиеся в кипятильнике пары возвращаются в кубовую часть колонны и движутся навстречу жидкостному потоку вверх по колонне.

Из верхней сепарационной части колонны пары G поступают в дефлегматор 5, где частично или полностью конденсируются. Образовавшаяся жидкость с температурой кипения в делителе флегмы 6 делится на дистиллят Р, который поступает в конденсатор-холодильник 7 с целью снижения температуры готового продукта до требуемой температуры, и флегму Ф, подаваемую на орошение колонны на верхнюю тарелку и стекающую вниз навстречу паровому потоку.

Место ввода исходной смеси в ректификационную колонну (питающая тарелка) делит колонну на две части: верхнюю укрепляющую часть А и нижнюю исчерпывающую часть колонны В.

Исходная смесь F, как и флегма Ф, подается в колонну в виде жидкости при температуре кипения.

В схеме ректификационной колонны включается дополнительное оборудование, предназначенное для хранения исходной смеси I и дистиллята 8, а также насос 2 для перекачки исходной жидкой смеси.

Ректификационная колонна представляет собой цилиндрический аппарат, внутри которого смонтированы контактные устройства той или иной конструкции. В зависимости от типа контактных устройств ректификационные колонны делятся на пленочные, насадочные и тарельчатые.

Рисунок 1 – Схема непрерывной ректификационной установки (обозначения в тексте)

 

Тарельчатые ректификационные колонны наиболее широко применяются в заводской практике, т.к. они имеют высокую разделительную способность, устойчиво работают при значительных колебаниях нагрузок по жидкости и пару, допускают создание аппаратов большого диаметра (10 - 15 м).

Расчеты ректификационных колонн для разделения многокомпонентных и бинарных смесей базируются на общих Физико-химических закономерностях. Но в основе любого метода расчета лежит ряд исходных допущений, которые в значительной мере упрощают расчетную процедуру.

В предлагаемой методике расчета ректификационной колонны использованы следующие допущения.

1.Молярные потоки жидкости и пара на участке колонны между вводами и выводами продукта остаются постоянными.

2.Состав жидкости, стекающей в куб, равен составу пара, поднимающегося из куба.

3.Состав пара, поступающего из колонны а дефлегматор, равен составу жидкости, стекающей из дефлегматора в колонну.

В данной методической разработке предлагается использовать графоаналитический метод кинетического расчета тарельчатого ректификационного аппарата для разделения бинарной смеси.

 

Исходные данные

 

Исходная бинарная смесь – бензол - орто-ксилол. Производительность установки по исходной смеси F = 10100 кг/ч. Температура исходной смеси t = 28°С.

Составы, жидкости масс. доли:

исходной смеси х_F = 0,45;

дистиллята      x_P = 0,918;

кубового остатка   x_W = 0,0175.

Температура охлаждающей воды t_в = 21°С. Давление греющего пара (насыщенного) - 9 ати. Давление в колонне (среднее) - 1,1 ат. Конструкция аппарата: тарельчатая, ситчатая.

 

Расчет диаметра колонны

 

Диаметр ректификационной колоны рассчитывается по уравнению

D = (4*V_сек /(π*w))^0,5,                                                           (34)

где V_сек – расход пара к колонне, м³/с;

  w – скорость пара в свободном сечении аппарата, м/с.

Расход пара, поднимающегося по колонне можно определить из формулы

V_сек = Р*(R + 1)/ρ_п,                                                              (35)

где Р – расход дистиллята, кг/с;

R – флегмовое число;

ρ_п – плотность пара, кг/м³.

Плотность пара определим по уравнению

ρ_п = M_ср*Р_к*Т₀/(22,4*Р₀*Т),                                                 (36)

где M_ср – молекулярная масса смеси паров, кг/кмоль;

  Р_к – среднее давление в колонне, ат;

  Т – средняя рабочая температура в колонне, К;

  Т₀ и Р₀ – температура и давление при нормальных условиях.

Для расчета средней молекулярной массы смеси паров воспользуемся уравнением:

M_ср = М₁*у + М₂*(1 – у),                                                      (37)

где М₁, М₂ – молекулярная масса компонентов смеси, кг/кмоль;

  у – концентрация легколетучего компонента в смеси паров, мольн. доли.

Для определения скорости пара в колонне с ситчатыми тарелками используется формула:

w = 0,22*(h_T /(1 + h_T) – 2* h_Ж)*(ρ_ж / ρ_п)^0,5,                          (38)

где h_T – расстояние между тарелками, м;

h_Ж – высота слоя жидкости на тарелке, м.

Высоту жидкости на тарелке вычислим по формуле:

h_Ж = h_пор + Δ h,                                                                   (39)

где h_пор – высота сливного порога, м;

Δ h – высота жидкости над порогом, м.

Высота жидкости над порогом зависит от расхода жидкости на тарелке V_Ж по уравнению:

Δ h = (V_Ж/1,85*k*b)^2/3,                                                        (40)

где k – отношение плотности пены к плотности жидкости (принимается равным 0,5);

b – длина сливного порога, м.

Для верхней (укрепляющей) части колонны расход жидкости на тарелке определяется уравнением:

V_Ж = P*R/ ρ_ж,                                                                    (41)

где ρ_ж – средняя плотность жидкости на тарелке, кг/м³.

Среднюю плотность жидкости рассчитаем по формуле:

ρ_ж = ρ₁*х + ρ₂*(1 – х),                                                        (42)

где ρ₁ и ρ₂ – плотность компонентов смеси, кг/м³;

  х – концентрация легколетучего компонента в смеси, мольн. доли.

Для нижней (исчерпывающей) части колонны расход жидкости на тарелке определяется уравнением:

V_Ж = (P*R + F)/ ρ_ж,                                                            (43)

 

Расчет нижней части колонны

 

Определяются средние составы по НКК для жидкости и пара в исчерпывающей части колонны:

х₂ = (х_W + x_F)/2 = (0,021 + 0,527)/2 = 0,274;

у₂ = (у_W + у_F)/2 = (0,021 + 0,79)/2 = 0,406,

где 0,79 – состав пара в точке на рабочей линии, соответствующей составу исходной смеси, мольн. доли.

На диаграмме t – x, y (см. рисунок 3) находим температуры жидкости и пара: для жидкости х₂ = 0,274, t = 114,5 ⁰С;

для пара у₂ = 0,406, t = 130 ⁰С.

Средняя молекулярная масса смеси паров при у₂ = 0,406 по формуле (37):

M_ср = М₁*у₂ + М₂*(1 – у₂) = 78*0,406 + 106*(1 – 0,406) = 94,63 кг/кмоль.

Плотность пара по формуле (36):

ρ_п = M_ср*Р_к*Т₀/(22,4*Р₀*Т) = 94,63*1,1*273/(22,4*403) = 3,14 кг/м³.

Тогда секундный расход пара по формуле (35):

V_сек = Р*(R + 1)/ρ_п = 4850,6*(0,6 + 1)/(3,14*3600) = 0,687 м³/с.

Плотность жидкости в нижней части колонны по формуле (42):

ρ_ж = ρ₁*х₂ + ρ₂*(1 – х₂) = 776*0,274 + 806*(1 – 0,274) = 797,78 кг/м³,

где 776 кг/м³ – плотность бензола при t = 114,5 ⁰С;

806 кг/м³ – плотность о-ксилола при t = 114,5 ⁰С.

Тогда расход жидкости по формуле (43):

V_Ж = (P*R + F)/ ρ_ж = (4850,6*0,6 +10100)/(797,78*3600) =  0,00453 м³/с.

Для определения высоты жидкости над сливным порогом (формула 40) зададимся длиной порога b = 0,82 м:

Δ h = (V_Ж/1,85*k*b)^2/3 = (0,00453/1,85*0,5*0,82)^2/3 = 0,034 м.

Высота слоя жидкости на тарелке при высоте порога h_пор = 0,04 м по формуле (39):

h_Ж = h_пор + Δ h = 0,04 + 0,034 = 0,074 м.

Скорость паров в свободном сечении нижней части колонны по формуле (38) при h_T = 0,4 м:

w = 0,22*(h_T /(1 + h_T) – 2* h_Ж)*(ρ_ж / ρ_п)^0,5 = 0,22*(0,4/(1 + 0,4) – 2*0,074)*(797,78/3,14)^0,5 = 0,482 м/с.

Тогда диаметр нижней части колонны по формуле (34):

D = (4*V_сек /(π*w))^0,5 = (4*0,687/(3,14*0,482))^0,5 = 1,34 м.

Средний расход пара в колонне равен:

V_сек^ср = (0,736 + 0,687)/2 = 0,712 м³/с.

Тогда средняя скорость паров в свободном сечении колонны:

w_ср = (0,65 + 0,482)/2 = 0,566 м/с.

Диаметр колонны D = (4*V_сек^ср /(π*w_ср))^0,5 = (4*0,712/(3,14*0,566))^0,5 = 1,26 м.

Примем диаметр колонны D = 1,2 м типа КСС с ситчатыми тарелками по ОСТ 26-805-73 с типом тарелок ТС-Р (см. таблицу 5).

 

Таблица 5 – Характеристика тарелки

D, мм	Тип тарелки	Свободное сечение fк, м2	Рабочее сечение fт, м2	Диаметр отверстия, d0 мм	Шаг t, мм	Сечение перелива fcy, м2
1200	ТС-Р	1,13	0,896	4	11	0,06

 

Доля свободного сечения ситчатых тарелок рассчитывается по уравнению:

f_c = (f_т – f_су)*k₁*(d₀/t₁)²/ f_т,                                              (44)

где f_т – рабочее сечение тарелки, м²;

f_су – площадь сливных устройств, м²;

k₁ – эмпирический коэффициент (при размещении отверстий по вершинам треугольников k₁ = 0,9);

d₀ – диаметр отверстия, мм;

  t – шаг между отверстиями, мм.

f_c = (0,896 – 0,06)*0,9*(4/11)²/0,896 = 0,111.

 

Расчет высоты колонны

 

Общая высота тарельчатой колонны включает три составляющих:

Н_общ = Н_т + Н_с + Н_к,                                                      (63)

где Н_т – высота тарельчатой части, м;

Н_с – высота сепарационной части, м;

Н_к – высота кубовой части, м.

Высоту тарельчатой части найдём по уравнению:

Н_т = N*(h_т  + δ_т),                                                            (64)

где N – число действительных тарелок;

h_т – расстояние между тарелками, м;

δ_т – толщина тарелки, м.

Примем δ_т = 0,006 м, а h_т = 0,4 м, тогда

Н_т = 24*(0,4 + 0,006) = 9,74 м.

Общая высота колонны с учетом того, что сепарационная и кубовая часть принимаются по 2 м:

Н_общ = 9,74 + 2 + 2 = 13,74 м.

 

Заключение

 

Поверочный расчёт полной ректификационной колонны для разделения бинарной смеси бензол – о-ксилол производительностью 10100 кг/ч с начальной концентрацией 0,45 масс. доли НКК в смеси показал, что для получения дистиллята с концентрацией бензола 0,918 масс. доли и кубового остатка с концентрацией НКК 0,0175 масс. доли необходимо:

1)выбрать колонну типа КСС диаметром 1,2 м;

2) установить в колонне ситчатые тарелки типа ТС-Р ОСТ 28-805-73;

3) диаметр отверстий в тарелке 4 мм с шагом между отверстиями 11 мм;

4) число действительных тарелок в колонне 24 (5 в укрепляющей части и 19 в исчерпывающей);

5) расстояние между тарелками принято 0,4 м;

6) высота сепарационной и кубовой частей приняты по 2,0 м;

7) общая высота колонны 13,74 м;

8) общее сопротивление прохождению пара в тарельчатой части колонны 17,95 кПа.

 

Список литературы

1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - M.: Альянс, 2005, 752 с. с ил..

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М.:Химия, 1987, 560 с. С ил.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию /Под ред.Ю.И.Дытнерского. - М.: Химия, 1983, 272 с.

4. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. - М.: Химия, 1966, 336 с.

5. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. /Под ред. В.Г. Айнштейна. – М.: Химия, 2000, 540 с. с ил.

6. Колонные аппараты. Справочник. – М.: ЦИИТИхимнефтемаш, 1978, 30 с.

Приложение

Таблица 11 - Плотность жидких веществ зависимости от температуры

 

Вещество	Плотность, кг/м3
	0 0С	20 0С	40 0С	60 0С	80 0С	100 0С	120 0С
Ацетон	813	791	768	746	719	693	665
Бензол	900	879	858	836	815	793	769
Бутанол	824	810	795	781	766	751	735
Изопропиловый спирт	801	785	768	752	735	718	700
м-Ксилол	882	865	847	831	817	803	790
Метанол	810	792	774	756	736	714	--
Пропанол	819	804	788	770	752	733	711
Толуол	884	866	847	828	808	788	766
Уксусная кислота	1072	1058	1042	1026	1010	994	978
Этанол	806	789	772	764	735	716	693

 

Таблица 12 – Динамическая вязкость жидких веществ в зависимости от температуры

 

Вещество	Динамический коэффициент вязкости, мПа*с
	0 0С	20 0С	40 0С	60 0С	80 0С	100 0С	120 0С
Ацетон	0,395	0,322	0,268	0,23	0,2	0,17	0,15
Бензол	0,91	0,65	0,492	0,39	0,316	0261	0,219
Бутанол	5,19	2,95	1,78	1,14	0,76	0,54	0,38
Изопропиловый спирт	4,6	2,39	1,33	0,8	0,52	0,38	0,29
м-Ксилол	0,76	0,6	0,48	0,39	0,31	0,27	0,23
Метанол	0,817	0,584	0,45	0,351	0,29	0,24	0,21
Пропанол	3,45	2,25	1,47	0,9	0,65	0,47	0,32
Толуол	0,768	0,586	0,466	0,381	0,319	0,271	0,231
Уксусная кислота	--	2,21	1,35	0,92	0,65	0,5	0,4
Этанол	1,78	1,19	0,825	0,591	0,435	0,326	0,248

 

Таблица 13 – Физические константы жидких веществ

 

Вещество	ММ	ТВ	ТС	РС	А	В	С
Ацетон	58,08	329,4	508,1	46,4	16,651	2940,46	-35,93
Бензол	78,11	353,3	562,1	48,3	15,901	2788,51	-52,36
Бутанол	74,12	390,9	562,9	43,6	17,216	3137,02	-94,43
Изопропиловый спирт	60,1	355,4	508,3	47,0	18,693	3640,2	-53,54
м-Ксилол	106,2	412,3	617,0	35,0	16,139	3366,99	-58,04
Метанол	32,04	337,8	512,6	79,9	18,588	3626,55	-34,29
Пропанол	60,1	370,4	536,7	51,0	17,544	3166,38	-80,15
Толуол	92,14	383,8	591,7	40,6	16,014	3096,52	-53,67
Уксусная кислота	60,05	391,1	594,4	57,1	16,808	3405,57	-56,34
Этанол	46,07	351,5	516,2	63,0	18,912	3803,98	-41,68

ММ – молекулярная масса, кг/кмоль; ТВ – температура кипения, К;

ТС – критическая температура, К; РС – критическое давление, атм;

А, В, С - коэффициенты уравнения Антуана ln P = A – B/(T + C).

 

Таблица 14 – Теплоёмкости жидких веществ в зависимости от температуры

 

Вещество	Теплоёмкость, Дж/кг*К
	0 0С	20 0С	40 0С	60 0С	80 0С	100 0С
Ацетон	2135,37	2219,11	2281,92	2344,72	2386,59	2491,27
Бензол	1570,13	1674,8	1758,54	1821,35	1926,02	2009,76
Бутанол	2051,63	2281,92	2533,14	2805,29	3056,51	3307,73
Изопропиловый спирт	2281,92	2595,94	2930,9	--	--	--
м-Ксилол	1611,99	1695,74	1779,48	1884,15	1967,89	2072,57
Метанол	2365,66	2491,27	2595,94	2700,62	2826,23	2930,9
Пропанол	2177,24	2365,66	2595,94	2805,29	3014,64	3223,99
Толуол	1549,19	1632,93	1716,97	1779,48	1842,28	1884,15
Уксусная кислота	1926,02	2009,76	2093,5	2177,24	2260,98	2344,72
Этанол	2344,72	2554,07	2763,42	3014,64	3223,99	3454,28

 

 

Таблица 15 – Теплопроводности жидких веществ в зависимости от температуры

 

Вещество	Теплопроводность, Вт/м*К
	0 0С	20 0С	40 0С	60 0С	80 0С	100 0С
Ацетон	0,1768	0,1745	0,1651	0,1605	0,1570	0,1512
Бензол	0,1570	0,1512	0,1430	0,1384	0,1291	0,1256
Бутанол	0,1605	0,1570	0,1535	0,1489	--	--
Изопропиловый спирт	0,1570	0,1535	0,1512	0,1454	0,1407	--
м-Ксилол	0,1361	0,1326	0,1279	0,1244	0,1210	--
Метанол	0,2140	0,2117	0,2093	0,2059	0,2024	--
Пропанол	0,1757	0,1726	0,1694	0,1663	0,1632	--
Толуол	0,1442	0,1396	0,1349	0,1279	0,1221	0,1175
Уксусная кислота	0,1779	0,1745	0,1698	0,1651	--	--
Этанол	0,1861	0,1826	0,1779	0,1733	--	--

 

Таблица 16 – Коэффициент объёмного расширения жидких веществ зависимости от температуры

 

Вещество	β*103
	0 0С	20 0С	40 0С	60 0С	80 0С	100 0С	120 0С
Ацетон	1,35	1,43	1,52	1,62	1,88	2,00	2,12
Бензол	1,18	1,22	1,26	1,30	1,37	1,43	1,67
Бутанол	0,85	0,88	0,91	0,94	0,98	1,03	1,09
Изопропиловый спирт	1,01	1,05	1,08	1,12	1,16	1,20	1,27
м-Ксилол	0,98	1,01	1,05	1,12	1,18	1,27	1,38
Метанол	1,14	1,19	1,27	1,30	1,42	1,61	1,81
Пропанол	1,04	1,08	1,11	1,15	1,19	1,23	1,29
Толуол	1,04	1,07	1,11	1,17	1,24	1,33	1,44
Уксусная кислота	1,05	1,07	1,11	1,14	1,18	1,23	1,30
Этанол	1,05	1,08	1,13	1,22	1,33	1,44	1,87

 

Таблица 17 – Физические свойства воды (на линии насыщения)

 

t, 0С	ρ, кг/м3	I,кДж/кг	С, кДж/кг*К	λ, Вт/м*К	μ*103, Па*с	ν*106, м2/с	β*104
0	1000	0	4,23	0,551	1,79	1,79	-0,63
10	1000	41,9	4,19	0,575	1,31	1,31	0,70
20	998	83,8	4,19	0,599	1,00	1,01	1,82
30	996	126	4,18	0,618	0,804	0,81	3,21
40	992	168	4,18	0,634	0,657	0,66	3,87
50	988	210	4,18	0,648	0,549	0,556	4,49
60	983	251	4,18	0,659	0,470	0,478	5,11
70	978	293	4,19	0,668	0,406	0,415	5,70
80	972	335	4,19	0,675	0,355	0,365	6,32
90	965	377	4,19	0,680	0,315	0,326	6,95
100	958	419	4,23	0,683	0,282	0,295	7,50

 

Таблица 18 – Термодинамические свойства воды и водяного пара

 

Р, кПа	ts, 0С	Iп,кДж/кг	Iк, кДж/кг	vп, м3/кг	С, кДж/кг*К	λ*103, Вт/м*К	μ*106, Па*с
280	131	2722,3	551,4	0,6464	1,9912	27,37	13,448
300	134	2725,5	561,4	0,6059	1,9888	27,58	13,562
320	136	2728,4	570,9	0,5703	1,9872	27,72	13,638
340	138	2731,2	579,9	0,5387	1,9856	27,86	13,714
360	140	2733,8	588,5	0,5106	1,9840	28,00	13,790
380	142	2736,2	596,8	0,4853	1,9830	28,18	13,868
400	144	2738,5	604,7	0,4624	1,9820	28,36	13,946
420	145	2740,7	612,3	0,4417	1,9815	28,45	13,985
440	147	2742,8	619,6	0,4228	1,9805	28,63	14,063
460	149	2744,8	626,7	0,4054	1,9795	28,81	14,141
480	150	2746,7	633,5	0,3895	1,9790	28,90	14,180
500	152	2748,5	640,1	0,3748	2,0406	29,56	14,226
550	155	2752,7	655,8	0,3426	2,1330	30,55	14,295
600	159	2756,4	670,4	0,3156	2,2562	31,87	14,387
650	162	2759,9	684,2	0,2926	2,2770	32,34	14,494
700	165	2762,9	697,1	0,2727	2,2620	32,55	14,620
750	168	2765,8	709,3	0,2555	2,2470	32,76	14,746
800	170	2768,4	720,9	0,2403	2,237	32,90	14,830
850	173	2770,8	732,0	0,2269	2,2253	33,08	14,953
900	175	2773,0	742,6	0,2148	2,2175	33,20	15,035
950	178	2775,1	752,8	0,2041	2,2058	33,38	15,158
1000	180	2777,0	762,6	0,1943	2,1980	33,50	15,240

 

РАСЧЕТ ТАРЕЛЬЧАТОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ

 

 

Методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Массообменные процессы и аппараты химической технологии» для студентов по направлению 240100 всех форм обучения

 

 

Магнитогорск

2014

 

 

Составитель А. В.Горохов.

Расчет тарельчатой ректификационной колонны: Методическое пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Массообменные процессы и аппараты химической технологии» для студентов по направлению 240100 всех форм обучения. Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Носова,, 2014, 28 с.

 

                              © Горохов А.В..

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Ректификацией называется тепломассообменный процесс разделения гомогенных смесей на составляющие, компоненты путем взаимодействия пара и жидкости, не находящихся в термодинамическом равновесии. При этом одна группа веществ, составляющих смесь, переходит преимущественно в пар (легколетучие, или низкокипящие компоненты - НКК), а другая часть - в жидкость, или кубовый остаток (высококипящие компоненты - ВКК). Таким образом, в процессе ректификации происходит перенос веществ из фазы в фазу, что позволяет относить этот процесс к группе массообменных. Создание противоточных парового и жидкостного потоков, контактирующих между собой, осуществляется в ректификационных колоннах (рисунок 1).

Исходная смесь F из своей емкости I насосом 2 подается через теплообменник 3, где она нагревается до температуры кипения, на питающую тарелку ректификационной колонны 4 и стекает в нижнюю часть колонны, называемую кубом. Из куба часть жидкости отводится через делитель 12 в виде кубового остатка на холодильник 11, а другая - поступает в нагреватель колонны 9, где доводится до температуры кипения. Образовавшиеся в кипятильнике пары возвращаются в кубовую часть колонны и движутся навстречу жидкостному потоку вверх по колонне.

Из верхней сепарационной части колонны пары G поступают в дефлегматор 5, где частично или полностью конденсируются. Образовавшаяся жидкость с температурой кипения в делителе флегмы 6 делится на дистиллят Р, который поступает в конденсатор-холодильник 7 с целью снижения температуры готового продукта до требуемой температуры, и флегму Ф, подаваемую на орошение колонны на верхнюю тарелку и стекающую вниз навстречу паровому потоку.

Место ввода исходной смеси в ректификационную колонну (питающая тарелка) делит колонну на две части: верхнюю укрепляющую часть А и нижнюю исчерпывающую часть колонны В.

Исходная смесь F, как и флегма Ф, подается в колонну в виде жидкости при температуре кипения.

В схеме ректификационной колонны включается дополнительное оборудование, предназначенное для хранения исходной смеси I и дистиллята 8, а также насос 2 для перекачки исходной жидкой смеси.

Ректификационная колонна представляет собой цилиндрический аппарат, внутри которого смонтированы контактные устройства той или иной конструкции. В зависимости от типа контактных устройств ректификационные колонны делятся на пленочные, насадочные и тарельчатые.

Рисунок 1 – Схема непрерывной ректификационной установки (обозначения в тексте)

 

Тарельчатые ректификационные колонны наиболее широко применяются в заводской практике, т.к. они имеют высокую разделительную способность, устойчиво работают при значительных колебаниях нагрузок по жидкости и пару, допускают создание аппаратов большого диаметра (10 - 15 м).

Расчеты ректификационных колонн для разделения многокомпонентных и бинарных смесей базируются на общих Физико-химических закономерностях. Но в основе любого метода расчета лежит ряд исходных допущений, которые в значительной мере упрощают расчетную процедуру.

В предлагаемой методике расчета ректификационной колонны использованы следующие допущения.

1.Молярные потоки жидкости и пара на участке колонны между вводами и выводами продукта остаются постоянными.

2.Состав жидкости, стекающей в куб, равен составу пара, поднимающегося из куба.

3.Состав пара, поступающего из колонны а дефлегматор, равен составу жидкости, стекающей из дефлегматора в колонну.

В данной методической разработке предлагается использовать графоаналитический метод кинетического расчета тарельчатого ректификационного аппарата для разделения бинарной смеси.