Основные свойства рабочих сред.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Введение Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменные по высоте колонны физические свойства фаз и коэффициент распределения, совместное протекание процессов массо- и теплопереноса) осложняет его расчет. Одна из сложностей заключается в отсутствии обобщенных закономерностей для расчета кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм с насадками и тарелками, широко применяемым в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчета ректификационных колон кинетических зависимостей, получаемых при исследовании абсорбционных процессов. Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способность тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т.п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе. Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактного устройства (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз. Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инструктирующих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках.

Описание технологической схемы установки.

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

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной установки.

Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис.1. Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным

насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения 53,7ºС. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси x_p.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с

поднимающимся вверх паром t=143ºC, образующимся при кипении в кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка x_w, т.е. обеднен легколетучим компонентом и включает труднолетучий компонент - четыреххлористый углерод. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом (это отношение количества флегмы к количеству дистиллята) R=1,47 жидкостью (флегмой) состава x_p, получаемой в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 тип кожухотрубчатый и направляется в емкость для сбора 11, выполненной из стали марки ОХ17Т обладающей повышенной сопротивляемостью межкристаллической коррозии.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят (с высоким содержанием легколетучего компонента) и кубовый остаток (обогащенный труднолетучим компонентом).

Основные свойства рабочих сред.

Разделяемая смесь состоит из сероуглерода и тетрахлорид углерода.

Сероуглерод CS₂ — соединение серы с углеродом, бесцветная жидкость с неприятным запахом, под действием света разлагается, t_пл—112,1°С. Пары при 236°С воспламеняются. В промышленности сероуглерод получают ректификацией с СН₄ [2]. Четыреххлористый углерод, тетрахлорметан, CCl₄, бесцветная со сладковатым запахом жидкость, t_пл —22,9 °С. Практически нерастворим в воде, смешивается со многими органическими растворителями.

Температуры кипения и молекулярные массы разделяемых компонентов:

	t_к,°С	Мr, кг/кмоль
сероуглерод	46.24	76
тетрахлорид углерода	76.7	154

Следовательно, сероуглерод является низкокипящим компонентом, а тетрахлорид углерода - высококипящим.

х	0	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
y t	0 76,7	13,2 73,7	24,0 71,0	42,3 66,0	54,4 62,3	64,5 59,0	72,6 56,1	79,1 53,7	84,8 51,6	90,1 49,6	95,0 47,9	100,0 46,3

Таблица 1.- Равновесные составы жидкости и пара (y – x, % мол.) и температуры кипения смеси (°С) для некоторых бинарных систем при P = 760 мм рт. ст.

Технологические расчеты.

Материальный баланс колонны

Мольные доли исходной смеси, дистиллята и кубового остатка:

= (0,40/76)/[(0,40/76)+(0,60/154)]=0,6 (1.1)

= (0,95/76)/[(0,95/76)+(0,05/154)]=0,98

= (0,05/76)/[(0,05/76)+(0,95/154)]=0,097

Уравнение материального баланса

F = D + W; (1.2)

F _F = D + W ,

где _F, , – массовые концентрации н.к.к.,

F = 2,0 кг/с – расход исходной смеси или производительность,

D – расход дистиллята,

W – расход кубового остатка,

отсюда находим:

W = F( – )/( – ) = 2×(0,95 – 0,40)/(0,95 – 0,05) = 1,2 кг/с

D = F – W = 2 – 1,2 = 0,8 кг/с.

3.2 Определение рабочего флегмового числа

Рис. 2. Диаграмма равновесия между паром и жидкостью в координатах

Y-X.

Из диаграммы получим 0,8 кмоль/кмоль смеси.

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом R; его оптимальное значение R_опт можно найти путем технико-экономического расчета. Ввиду отсутствия надежной методики оценки R_опт используют приближенные вычисления, основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения): b = R/ R_min , где R_min — минимальное флегмовое число:

(1.3)