Материальный и тепловой балансы процесса ректификации. Схемы и устройства ректификацинных установок. Эксплуатация и расчет ректификационных установок

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 14 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени
С. СЕЙФУЛЛИНА

Кафедра Технологических машин и оборудования

Курсовая работа

Материальный и тепловой балансы процесса ректификации.
Схемы и устройства ректификацинных установок. Эксплуатация
и расчет ректификационных установок.

Выполнил: студент 3 курса группы 19-34
Баймолдаева Аруна

Проверил:_______________________
_______________________

Курстық жоба қорғауға жіберілді____________

Нур-Султан - 2022
План
Введение
Процесс ректификации
Виды и процессы ректификационных колон
Расчёт процесса ректификации
Список использованной литературы

Дистилляция, которую в Европе часто называют ректификацией, на сегодняшний день является наиболее важным методом разделения смесей жидкостей в обрабатывающей промышленности, и все согласны с тем, что она останется таковой еще долгие годы. Приблизительно 95 % всех жидких сепараций осуществляется процессами дистилляции. Эта исключительная роль, которую играет дистилляция, основана на том факте, что дистилляция является единственным методом разделения, способным разделить жидкую смесь на ее чистые составляющие. Недостатками дистилляции являются риск термической деградации видов и высокая потребность в энергии.
Дистилляция использует очень простой принцип, состоящий из трех этапов. Во-первых, образование двухфазной системы, во-вторых, массоперенос через границу раздела и, в-третьих, разделение двух фаз. Этот принцип очень эффективен, поэтому его можно применять и к другим процессам разделения. Однако в большинстве альтернативных процессов разделения, т.е. абсорбция, адсорбция и экстракция, двухфазная система создается путем добавления внешнего вещества (азеотропообразователя или растворителя), которое необходимо удалить позже в дополнительном процессе разделения. Однако при перегонке двухфазная система (пар-жидкость) образуется за счет подвода тепла, которое впоследствии можно легко отвести.
Перегонка (лат. destillare = капание вниз) -- очень старый метод, восходящий к первому веку нашей эры. Сегодня дистилляция очень развита во всех отношениях, т. е. в основах (термодинамика, парожидкостное равновесие), в конструкции процесса, а также в оборудовании (насадочные колонны). , лотковые колонны). Ректификационные колонны диаметром до 10 м и высотой до 100 м можно безопасно спроектировать, построить и эксплуатировать. Они доминируют в образе многих промышленных объектов, например. химические заводы или нефтеперерабатывающие заводы.

2. Основной принцип дистилляции заключается в том, чтобы привести жидкость в тесный контакт с паром, так что происходит массоперенос между двумя сосуществующими фазами. Движущей силой межфазного массопереноса является стремление каждой системы достичь состояния равновесие. Таким образом, хорошее знание равновесия пара и жидкости имеет существенное значение для разработки процессов дистилляции. При перегонке концентрации пара (y) и жидкости (x) должны быть разными. В дистилляционной установке жидкость находится в точке кипения, а пар -- в точке росы. Жидкая смесь находится в точке кипения, если сумма парциальных давлений всех компонентов равна общему давлению системы. Согласно этому условию жидкая смесь приближается к точке кипения либо при повышении температуры, либо при понижении давления. Аналогично, смесь паров достигает точки росы либо при понижении температуры, либо при повышении давления. Область между точкой кипения и точкой росы используется в процессах дистилляции.
Устройство на котором происходит взаимодействие паров и жидкости, так и называется -- контактное устройство. В простейшем случае -- это тарелка. Жидкость, накапливаясь на тарелке, обогащаясь высококипящими фракциями, стекает под действием силы тяжести вниз. В свою очередь пар, обогащаясь низкокипящими фракциями, устремляется вверх. Если имеется несколько последовательных контактных устройств (тарелок друг над другом), при таком последовательном многократном массообмене более низкокипящие фракции поднимаются, как бы всплывая вверх, а высококипящие фракции опускаются вниз. Стоит обратить внимание, поднимаются не более легкие по весу вещества, а более легкокипящие, то есть, с более низкой температурой кипения. При этом наблюдается градиент температуры по высоте: внизу она выше, а с высотой понижается.
В идеале жидкость и пар на тарелке должны находиться в состоянии равновесия. При этом, количество вещества в жидкости и в паре различно. Максимально теоретически возможная разница концентраций компонентов в паре и жидкости при заданных условиях соответствует понятию теоретическая тарелка. Физическая тарелка в отличие от теоретической имеет КПД отличный от 100 % и он составляет на практике порядка 50 %. Чем меньше разница температур кипения фракций, тем больше требуется теоретических тарелок и их физических аналогов для качественного разделения смесей.
Поток паров снизу в верх обеспечивается подачей в самую нижнюю зону тепла, достаточного для кипения исходной смеси. Следует подчеркнуть, для эффективной ректификации необходим так же постоянный встречный поток жидкости сверху. Это условие должно соблюдаться по всему объему процесса.
Процесс ректификации, как видно из сказанного, проще всего организовать в вертикальных колоннах, получивших название ректификационных. Ректификационные колонны применяется как в относительно простых лабораторных установках, так и в сложных промышленных агрегатах нефтехимической, химической, газовой, легкой, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. В зависимости от назначения колонны имеют размеры в диаметре и по высоте от нескольких сантиметров до нескольких метров и даже десятков метров. Соответственно изготавливаются колонны из стекла, керамики, металла. В зависимости от агрессивности разделяемых веществ, их температур кипения, требований по чистоте, технологии и прочих характеристики материалов уточняются и учитываются.
Для осуществления эффективного многократного массообмена между жидкостью и парами требуется обеспечить достаточную площадь контакта и ее распределение по вертикали. С этой целю в ректификационной колонне либо устанавливается большое число горизонтальных тарелок друг над другом, либо весь объем колонны заполняется насадкой. Соответственно, конструкция ректификационной колонны в первом случае тарельчатая, а во втором -- насадочная.
Насадка представляет собой высоко пористую структуру, как бы дробящую объем колонны на огромное число связанных между собой, не изолированных ячеек, что позволяет на порядки увеличить площадь поверхности в заданном объеме. Соответственно увеличивается площадь контакта между паром и жидкостью. По естественным каналам жидкость и пар могут достаточно свободно перемещаться, эффективно взаимодействуя между собой. Сопротивление перемещению пара характеризует пропускная способность насадки, которое будет влиять на производительность колонны.
В свою очередь, насадка может быть регулярная со строго повторяющейся структурой и нерегулярная. В обоих случаях поверхность насадки дополнительно подвергается специальной обработке для развития ее поверхности. Это приводит к увеличению эффективности массообмена на ней. Регулярная насадка выполняется из листового материала, рифленого, перфорированного и упакованного определенным способом, чтобы плотно соприкасаться со стенками колонны. Нерегулярная насадка изготовляется из самых разных материалов и представляет из себя засыпку из элементов одинаковой формы и размера. Это могут быть кольца, цилиндры, полые призмы и т. д.
Ректификационная колонна с дополнительными функциональными элементами такими как испаритель, конденсаторы, теплообменники, дозирующие и вакуумные насосы, накопительные и буферные емкости, системы мониторинга и управления, а так же трубопроводная арматура составляют в целом ректификационную установку.
Испаритель (куб), в котором кипит смесь жидкостей за счет подвода внешнего тепла находится снизу ректификационной колонны. В кубе так же накапливается кубовый продукт - самые высоко кипящие не испарившиеся фракции.
Конденсатор располагается, как правило, наверху колонны. Пары, достигшие верха колонны поступают в конденсатор, охлаждаются и конденсируются. После этого часть конденсата, называемая флегмой, возвращается на самую верхнюю тарелку колонны. Это обеспечивает выполнение условия по потоку жидкости сверху. Другая часть конденсата, называемая дистиллятом, отводиться в накопитель. Для управления процессом ректификации отношение количества флегмы к дистилляту, называемое флегмовым числом или коэффициентом орошения, может регулироваться.
По принципу действия ректификационные установки разделяются на периодические и непрерывные. В установках непрерывного действия исходная смесь поступает в колонну и продукты разделения выводятся из неё непрерывно. Подогретая смесь поступает на питающую тарелку колонны и частично испаряется. Паровая фаза движется вверх, а не испарившаяся смешивается с флегмой и стекает вниз. Часть колонны, расположенная выше питающей тарелки называется укрепляющей, так как в ней паровая фаза укрепляется легкими фракциями. Часть колонны, находящаяся ниже питающей тарелки называется исчерпывающей, так как в ней из стекающей вниз флегмы отгоняются (исчерпываются) оставшиеся легкие фракции.
В ректификационных установках периодического действия разделяемую смесь загружают в куб однократно и процесс разделения проводят до получения продуктов заданного конечного состава. Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и получения высокой степени разделения.
Процесс ректификации может осуществляться при атмосферном давлении или под вакуумом. Это позволяет производить разгонку при пониженной температуре. В основном ректификация осуществляется при давлении близком к атмосферному. Вакуумной ректификации подвергают смеси веществ склонных при высоких температурах к термическому распаду или полимеризации. Вакуумная ректификация применяется так же как метод для разделения азеотропных смесей.
Для оптимального построения технологического процесса ректификации на предприятиях применяются различные отработанные технические решения, позволяющие получать продукцию по минимальной стоимости.
Ректификация -- процесс, требующий особо точного соблюдения технологии. В производственных условиях любое его нарушение приводит к колоссальным потерям времени, энергоресурсов и выпуску некачественной продукции. Немаловажный фактор -- обеспечение безопасности производства. Именно поэтому, в современных ректификационных установках требования к системам мониторинга и автоматического управления достаточно высоки.
Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке непрерывно или периодически. В первом случае разделяемая смесь, предварительно подогретая до температуры кипения, подается в установку непрерывно. Подача ее осуществляется в среднюю часть так называемую питающую тарелку колонны, которая делит весь аппарат на нижнюю и верхнюю часть (рис. 1). Нижняя часть аппарата работает как ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.