Дефлегматор - Проектирование ректификационной установки

Содержание

Введение

В ряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленности в результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей, которые необходимо разделить на составные части

Для разделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленности применяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и с водяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Ректификацию широко используют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых одна в другой

Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Это достигается нагреванием и испарением такой смеси с последующим многократным тепло и массообменном между жидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходит из жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента - из паровой фазы в жидкую

Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор, холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычные теплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. В большинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированные в дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней части колонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающий из нижней части колонны)

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше и ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенные давления применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемых дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность фазового контакта, и, следовательно, от количества орошающей жидкости (флегмы) и устройства ректификационной колонны

В промышленности применяют колпачковые, ситчатые, насадочные, пленочные трубчатые колонны и центробежные пленочные ректификаторы. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата, назначение которого - обеспечение взаимодействия жидкости и пара. Это взаимодействие происходит при барботировании пара через слой жидкости на тарелках (колпачковых или ситчатых) либо при поверхностном контакте пара и жидкости на насадке или поверхности жидкости, стекающей тонкой пленкой

1 Аналитический обзор

Ректификационные колонны отличаются, в основном, конструкцией внутреннего устройства для распределения жидкой и паровой фаз. Взаимодействие жидкости и пара осуществляется в колоннах путём барботирования пара через слой жидкости на тарелках или же путём поверхностного контакта пара и жидкости на насадке или на поверхности жидкости, стекающей тонкой плёнкой

Барботажные колонны тарельчатого типа выполняются обычно в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, на каждой из которых осуществляется одна ступень контакта. На каждой тарелке в зависимости от ее конструкции может осуществляться: прямоток, противоток, перекрестный ток фаз при различной степени перемешивания жидкости от полного смешения до полного вытеснения. Тарельчатые колонные аппараты применяют при температурах от минус 40 ℃ до 200 ℃, атмосферном избыточном давлении до 2,5 МПа, а так же под вакуумом при остаточном давлении не ниже 665 Па

Тарелки можно подразделить на четыре группы:

Тарелки с перекрёстным контактом фаз, в которых движение жидкости и пара (газа) осуществляется перекрёстным током. Эти тарелки имеют специальные переливные устройства, для перетока жидкости с одной тарелки на другую, при этом пар не проходит по переливным устройствам. К этой группе относятся колпачковые, ситчатые, клапанные и другие тарелки

Тарелки провального типа, в которых переливные устройства отсутствуют, так что пар (газ) и жидкость проходят через одни и те же отверстия. На этих тарелках контакт фаз осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. К этой группе относятся решётчатые (щелевые) провальные тарелки, дырчатые провальные тарелки и трубчатые, составленные из труб так, что между ними остаются щели, через которые движутся пар (газ) и жидкость. Последние применяются для неизотермической абсорбции, при этом по трубам пропускают холодную воду для отвода выделяющегося тепла

Тарелки с однонаправленным движением пара (газа) и жидкости, так называемые прямоточные. Пар (газ) выходит из отверстий в направлении движения жидкости на тарелке. Эти тарелки обычно имеют переливные устройства. К этой группе относятся S-образные клапанные, ситчатые и струйные с отбойными элементами и другие тарелки

Выбор в пользу решетчатых (провальных) тарелок был сделан из следующих соображений:

Простота конструкции;

Малая металлоемкость;

Большая пропускная способность по жидкости;

При достаточной ширине щели могут быть использованы для обработки загрязненных жидкостей, оставляющих осадок на тарелке;

По эффективности решетчатые (провальные) тарелки обычно не уступают тарелкам с переливом

К недостаткам относятся узкий диапозон устойчивой работы и сложность обеспечения равномерно распределения орошения по поверхности тарелок в начале процесса

2 Цели и задачи курсового проекта

Целью курсового проекта является разработка ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси этанол – вода под атмосферным давлением, а также подробный расчёт и чертеж дефлегматора

Задачи курсового проекта: добиться максимальной производительности установки при оптимальных размерах и энергозатратах, а также добиться высокой степени разделения смеси на компоненты

Вывод

В данном курсовом проекте был произведён расчёт отгонной колонны для разделения смеси «этиловый спирт — вода» под атмосферным давлением. В качестве ректификационной колонны используется аппарат с решетчатыми тарелками высотой H=4.2 м диаметром вверху колонны Dв=1.2 м и диаметром Dн=1.4 м внизу. Общее количество тарелок, на которых происходит разделение –

В качестве дефлегматора может быть выбран одноходовой кожухотрубный теплообменный аппарат. Общая поверхность теплообмена с учетом запаса составляет 52 м2; длина теплообменной трубы 6 м; диаметр теплообменных труб 25 х 2 мм и диаметр кожуховой трубы 400 мм

Введение 3

1 Аналитический обзор 5

2 Цели и задачи курсового проекта 7

3 Технологическая схема 8

4 Инженерные расчёты 10

4.1 Технологический расчёт 10

4.1.1 Материальный баланс 10

4.1.2 Определение флегмового числа. Уравнения рабочей линии 12

4.1.3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости 14

4.1.4 Тепловой баланс 24

4.2 Выбор давления греющего пара 26

4.3 Гидравлический расчёт 27

4.3.1 Расчет рабочей скорости и диаметра колонны 27

4.3.2 Расчет гидравлического сопротивления тарелки и брызгоуноса 28

4.3.3 Расчет высоты колонны 32

4.4 Ориентировочный расчет теплообменников 36

4.4.1 Расчет холодильника кубового остатка 36

4.4.2 Расчет подогревателя исходной смеси 41

4.4.3 Расчет куба-испарителя 44

4.4.4 Расчет холодильника дистиллята 46

4.5 Расчёт дефлегматора 49

4.5.1 Ориентировочный расчет 49

4.5.2 Подробный расчет процесса теплопередачи 52

Вывод 58

Список использованных источников 59

Приложение А 60