Проект ректификационной установки периодического действия для разделения бинарной смеси муравьиная кислота - уксусная кислота

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Литературный обзор

1.1Сущность процесса ректификации

1.2 Классификация ректификационных установок по периодичности действия

1.3 Классификация ректификационных установок по внутреннему устройству

1.3.1 Колпачковые ректификационные колонны

1.3.2 Насадочные ректификационные колонны

1.3.3 Тарельчатые ректификационные колонны

1.5 Разновидности устройств тарелок ректификационных колонн

1.6 Вывод

2 Физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе ректификации

2.1 Физико-химические свойства муравьиной кислоты

2.2 Физико-химические свойства уксусной кислоты

3 Физико-химические основы процесса ректификации

4 Устройство и принцип работы основного и вспомогательного оборудования

5 Описание технологической схемы

6 Расчетная часть

6.1 Материальный баланс ректификационной колонны

6.2 Тепловой расчет ректификационной колонны

6.3 Конструктивный расчет ректификационной колонны

6.4 Механический расчет ректификационной колонны

6.5 Выбор вспомогательного оборудования

7 Охрана труда

8 Охрана окружающей среды

Заключение

Список источников

УТВЕРЖДЕНО

На заседании Департамента «Биохимия, агробизнес и экология»

протокол № 1 от 28 августа 2014 года

Директор Департамента __________________ Проскурина Л.И.

Задание

на курсовое проектирование

по дисциплине Основы проектирования и оборудование предприятий

студенту Танабаеву Оралу Сарсенбаевичу

Группы ХТОВ402

Тема задания: Проект ректификационной установки периодического действия для разделения бинарной смеси муравьиная кислота – уксусная кислота

Исходные данные: Производительность F=18500 кг; Продолжительность операции _τ=3 часа ; Содержание легколетучего компонента в смеси хf=40 % (мол.); Содержание компонента в дистилляте хр=85 % (мол.); Содержание компонента в кубовом остатке хw=5% (мол.).

При выполнении курсового проекта на указанную тему должны быть представлены:

1. Пояснительная записка

содержащая следующие разделы:

Введение

1 Литературный обзор

2 Физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе

3 Физико-химические основы процесса

4 Устройство и принцип работы основного и вспомогательного оборудования

5 Описание технологической схемы

6 Расчетная часть

6.1 Материальный баланс

6.2 Тепловой баланс

6.3 Конструктивный расчет основного аппарата

6.4 Механический расчет основного аппарата

6.5 Выбор вспомогательного оборудования

7 Охрана труда

8 Охрана окружающей среды

Заключение

Список используемых источников

2. Графическая часть.

1 Технологическая схема – 1 лист А1;

2 Вид общий аппарата – 1 лист А1.

Дата выдачи задания 3 сентября 2014 года

Срок сдачи задания 10 декабря 2014 года

Руководитель курсового проектирования: ст.преподаватель ПарийчукО.Д.

подпись______________________ дата «___» ___________________2014 год

Введение

Ректификация — это процесс многократного испарения и конденсации, в ходе которого исходная смесь разделяется на два или более компонентов, и паровая фаза насыщается легколетучим (низкокипящим) компонентом, а жидкая часть смеси насыщается тяжелолетучим (высококипящим) компонентом.

Ректификация известна с начала XIX века как один из важнейших технологических процессов главным образом спиртовой и нефтяной промышленности. В настоящее время ректификацию во всем мире применяют в самых различных областях химической технологии, где выделение компонентов в чистом виде имеет весьма важное значение. К ним относятся: органический синтез, производство изотопов, полимеров, полупроводников и различных других веществ высокой чистоты.

Область применения ректификации в промышленности с каждым годом расширяется, и этот метод может сегодня рассматриваться, как один из самых экономичных методов разделения жидких растворов.

Ректификация используется для очистки не только жидких препаратов. Общеизвестно применение ректификации для разделения сжиженных газов (кислород, азот, инертные газы и т. д.).

В последние годы с помощью ректификации стали очищать многие твердые вещества, сравнительно легко испаряющиеся. Удалось успешно очистить хлористый алюминий от железа, серу от селена.

Актуальностью курсового проекта является то, что для получения веществ высокой чистоты, разделения целиком или частично растворимых друг в друге смесей в промышленности широко применяют ректификационные установки.

Целью данного проекта является проектирование ректификационной установки периодического действия для разделения жидкой смеси муравьиная кислота– уксусная кислота.

Задачами курсового проекта являются:

– рассмотреть существующие способы ректификации, конструкции ректификационных колонн;

– рассмотреть физико-химические основы процесса ректификации;

– рассмотреть физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе;

– разработать технологическую схему процесса ректификации;

– выполнить расчет материального и теплового баланса ректификационной колонны;

– выполнить конструктивный и механический расчет ректификационной колонны;

– рассмотреть мероприятия по охране окружающей среды и техники безопасности.

Литературный обзор

Сущность процесса ректификации

В настоящее время перегонка и ректификация широко распространены в химической технологии и применяются для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения.

Для разделения смеси жидкостей обычно прибегают к перегонке. Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (высококипящий компонент) остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя так называемый дистиллят, а неиспаренная жидкость называется остатком. Таким образом, в результате перегонки низкокипящий компонент переходит в дистиллят, a высококипящий компонент — в остаток.

Описанный процесс, называемый простой перегонкой, не дает, возможности произвести полное разделение компонентов смеси и получить их в чистом виде. Оба компонента являются летучими и потому оба переходят в пары, хотя и в различной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого низкокипящий компонент поскольку он вследствие большей летучести испаряется в большей степени, чем высококипящий компонент, то пары обогащены низкокипящим компонентом по сравнению с содержанием его в исходной смеси. Таким образом, в дистилляте содержание низкокипящего компонента выше, чем в исходной смеси, а в остатке, наоборот, содержание низкокипящего компонента ниже, чем в исходной смеси.

Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки — ректификацию. Ректификация заключается в противоточном взаимодействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получающейся при конденсации паров [4].

Иными словами, ректификацию можно трактовать как совмещение процессов многократной дистилляции и многократной парциальной конденсации при противоточном контактировании потоков пара и жидкости. При таком проведении процесса перегонки появляется возможность использования при каждой упомянутой операции теплоты конденсации пара для испарения жидкости — путем непосредственного контактирования конденсирующейся паровой и кипящей жидкой фаз.

В процессе ректификации подводимая извне теплота затрачивается только в кипятильнике — в низу колонны однократно для частичного испарения жидкой смеси с получением начального потока пара в обогревающем устройстве в нижней части ректификационного аппарата. Теплота конденсации паров также отводится только в конденсирующем устройстве — в верхней части ректификационного аппарата [12].

Ректификации подвергают различные смеси веществ. В зависимости от взаимной растворимости компонентов различают следующие типы двойных смесей:

Смеси взаимно растворимых жидкостей, то есть таких жидкостей, которые растворимы друг в друге в любых отношениях. Эти смеси в свою очередь разделяются на три группы:

а) смеси жидкостей, в которых силы сцепления между молекулами обоих компонентов такие же, что и между молекулами каждого из компонентов (идеальные смеси);

б) смеси с положительными отклонениями от закона Рауля, в которых силы сцепления между молекулами низкокипящего и высококипящего компонентов меньше, чем между молекулами каждого из компонентов;

в) смеси с отрицательными отклонениями от закона Рауля, в которых силы сцепления между молекулами низкокипящего и высококипящего компонентов больше, чем между молекулами каждого из компонентов.

Смеси жидкостей, нерастворимых друг в друге.

Смеси частично растворимых жидкостей [4].

Ректификацию проводят в аппаратах колонного типа – ректификационных колоннах.

Диффузионный процесс разделения жидкостей ректификацией возможен при условии, что температуры кипения жидкостей различны. Для осуществления диффузии пары и жидкости должны как можно лучше контактировать между собой, двигаясь в ректификационной колонне навстречу друг другу: жидкость под собственным весом сверху вниз, пары — снизу вверх.

Из свойств равновесной системы известно, что при контактировании неравновесных паровой и жидкой фаз система стремится к состоянию равновесия в результате массообмена и теплообмена между этими фазами. Следовательно, для протекания ректификации необходимо, чтобы контактируемые жидкость и пары при одном и том же давлении не были равновесными. Иными словами, нужно, чтобы температура жидкости была ниже температуры паров.

Для обеспечения эффективного контактирования фаз ректификационные колонны снабжаются внутренними устройствами. В зависимости от конструкции этих устройств осуществляется непрерывное (в насадочных колоннах) и ступенчатое (в тарельчатых колоннах) контактирование фаз [3].

Классификация ректификационных установок по внутреннему устройству

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 [2].

В ректификационных установках применяют три основных типа колонн:

1) колпачковые

2) сетчатые

3) насадочные

Разработаны также конструкции аппаратов для ректификации, в которых интенсификация процесса разделения достигается под действием центробежной силы (центробежные ректификаторы).

Разновидности устройств тарелок ректификационных колонн

По форме и конструкции устройств обеспечивающих диспергирование и распределение пара в колонне тарелки подразделяются на:

Колпачковые;

Бесколпачковые;

Клапанные;

Трубчатые.

Вывод

В данном курсовом проекте в качестве типового оборудования для проектируемой ректификационной установки используем тарельчатую колонну для разделения бинарной смеси муравьиная кислота - уксусная кислота, так как в ней сводится к минимуму проскок газа из-за образования крупных пузырей и каналов. Наряду с этим в них можно довольно четко регулировать тепловой режим, устанавливая теплообменники на тарелках. Кроме того, тарельчатая колонна соответствует общим требованиям: стоимость, высокая интенсивность. Использование ситчатых тарелок по сравнению с другими заключается в том, что на них обеспечивается лучшее взаимодействие пара с жидкостью, чем на тарелках с колпаками. Также преимуществами ситчатых тарелок являются простота устройства, высокая эффективность и быстрота опорожнения от жидкости в случае возникновения аварийной ситуации.

Заключение

В курсовом проекте был произведен расчет ректификационной установки непрерывного действия тарельчатого типа для разделения бинарной смеси муравьиная кислота – уксусная кислота.

В литературном обзоре рассмотрены виды ректификационных колонн и технологические схемы процесса. Сделан вывод, что для проектируемой ректификационной установки используем тарельчатую колонну для разделения бинарной смеси муравьиная кислота – уксусная кислота, так как в ней сводится к минимуму проскок газа из-за образования крупных пузырей и каналов. Преимуществами использования ситчатых тарелок является обеспечени лучшего взаимодействие пара с жидкостью, чем на тарелках с колпаками,простота устройства, высокая эффективность и быстрота опорожнения от жидкости в случае возникновения аварийной ситуации

В технологической части курсового проекта рассмотрена характеристика сырья и готового продукта, физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе ректификации и физико-химические основы процесса ректификации, разработана технологическая схема процесса ректификации.

В расчетной части выполнены следующие виды работ: расчет материального баланса ректификационной колонны, расчет теплового баланса ректификационной колонны, конструктивный расчет ректификационной колонны, механический расчет ректификационной колонны.

Также в разделах «Охрана труда» и «Охрана окружающей среды» был рассмотрен ряд мероприятий по охране окружающей среды и основным правилам техники безопасности при работе и обслуживании ректификационных установок.

Таким образом, цель, поставленная в курсовом проекте, достигнута.