Ректификация для разделения смеси бензол-толуол

Содержание

Массообменные процессы. Классификация и общая характеристика

Уравнение массопередачи

Основы массопередачи в системах со свободной границей раздела фаз

Материальный баланс массообменных процессов

Молекулярная диффузия

Массообменные процессы

Процессы массообмена - процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущая сила этих процессов - разность химических потенциалов. Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов.

Массообменные процессы широко используются в промышленности:

-для разделения жидких и газовых гомогенных смесей,

- для их концентрирования,

-для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов).

Классификация и общая характеристика

Наибольшее распространение получили следующие массообменные процессы:

1. Абсорбция

2. Перегонка и ректификация

3. Экстракция (жидкостная)

4. Адсорбция

5. Ионный обмен

6. Сушка

7. Растворение и экстрагирование из твердых тел

8. Кристаллизация

9. Мембранные процессы

Во всех перечисленных выше процессах общим является переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую.

Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей.

Перенос вещества внутри фазы - из фазы к границе раздела фаз или наоборот - от границы раздела в фазу - называют массоотдачей (по аналогии с процессом переноса теплоты внутри фазы - теплоотдачей).

Процессы массопередачи обычно обратимы. Причем направление перехода вещества определяется концентрациями вещества в фазах и условиями равновесия.

Способы подвода тепла в нижнюю часть колонны

Чтобы создать поток паров, в нижнюю часть колонны необходимо подводить тепло. При этом часть флегмы испаряется и создается необходимый для ректификации поток паров. Наиболее часто реализуются следующие способы подвода тепла: в подогревателе с паровым пространством (парциальном кипятильнике), в теплообменном аппарате с последующим ОИ нагретого потока в низу колонны (горячая струя). Вследствие недостаточного объема нижней части ректификационных колонн тепло обычно подводят в специальные выносные аппараты: подогреватели с паровым пространством, теплообменники, трубчатые печи.

Подвод тепла в подогреватель с паровым пространством . В этом случае жидкость, поступающая в подогреватель, нагревается до температуры кипения остатка. Образовавшиеся пары D0 находятся в равновесии с отходящим из кипятильника остатком W. Таким образом, данный способ подвода тепла эквивалентен по разделительному действию одной теоретической тарелке (парциальный кипятильник).

Масса горячей струи уменьшается с повышением ее температуры.

Подвод тепла горячей струей. Этот способ подвода тепла применяют в тех случаях, когда нагрев остатка обычными теплоносителями не представляется возможным или целесообразным. Нагретая циркулирующая жидкость (горячая струя) поступает в колонну. При поступлении в колонну циркулирующий поток подвергается процессу ОИ, разделяясь на паровой и жидкостной потоки. Флегма с нижней тарелки и жидкость циркулирующего потока смешиваются и стекают в нижнюю часть колонны. Отсюда часть потока выводится в качестве остатка W, а другая часть направляется в подогреватель. Под нижнюю тарелку поступает пар D0.

ВЫБОР ДАВЛЕНИЯ В ректификационной КОЛОННЕ

Давление в ректификационной колонне определяется прежде всего термостойкостью разделяемых продуктов и возможностью использования доступных и дешевых охлаждающих агентов (воды, воздуха) и теплоносителей (водяного пара). Поэтому давление в колонне должно быть выше атмосферного, если разделяемые вещества имеют низкие температуры кипения при атмосферном давлении (например, углеводородные газы), иначе для их конденсации потребовались бы специальные хладоагенты (аммиак, пропан, фреоны и т. п.). Повышение давления приводит к увеличению температур в колонне, что позволяет осуществлять конденсацию паров с использованием обычных теплоносителей. При ректификации углеводородных газов применяют давление до 4 МПа. В случае разделения высококипящих продуктов (мазут, масляные фракции и др.) приходится понижать давление ниже атмосферного. Это позволяет разделять углеводороды, имеющие температуры кипения при атмосферном давлении свыше 500°С, при температурах ниже 400°С без заметного их разложения. Обычно при разделении высококипящих смесей углеводородов применяют остаточное давление — 6,7 кПа и менее.

Следует иметь в виду, что при повышении давления в колонне, как правило, уменьшаются относительные летучести компонентов, что приводит к необходимости увеличивать число тарелок в колонне или расход орошения. В общем случае при выборе давления в колонне необходимо учитывать как эксплуатационные, так и экономические показатели процесса ректификации. Однако, если нет специальных требований к процессу, следует предпочесть работу ректификационной колонны под атмосферным давлением.

Курсач.dwg

Расчитать ректификационную колонну для разделения смеси бензол-толуол
Вход паров из кипятильника
Выход кубового остатка
Чертеж общего вида 20.17.000.00 Сб
Средний уровень жидкости в колонне
Планка регулировочная
Болт М12х25 по ГОСТ 7798-70
Гайка М12 по ГОСТ 5616-70
Шайба 12 по ГОСТ 11371-58
Колпачок по ГОСТ 9634-68
Схема расположения штуцеров и люков
Техническая характеристика
Аппарат для разделения смеси бензол-толуол.
Номинальная емкость 98
Производительность 4 кгс.
Давление в колонне 0.16 МПа.
Температура среды в кубе до 109
Среда в аппарате - токсичная.
Тип тарелок - ситчатая.
Число тарелок - 40 шт.
Выход жидкости из куба
Технические требования !
При изготовлении и поставки аппарата должны выполнятся требования ! а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие требования"; б) ГОСТ 26-291-79 "Сосуды и аппараты стальные сварные
технические требования". 2. Материал деталей колонны соприкасающихся с разделяемыми жидкостями ст Х17Н13М2Т ГОСТ 3632-72
остальных ст3 ГОСТ 380-71. Материал опоры -ст3 ГОСТ380-71. Материал прокладок-поронит ПОН-3 ГОСТ 481-71. 3. Аппарат испытать на прочность гидравлически в горизонтальном положении под давлением 0
в вертикальном положении-под наливом. 4. Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОН 26-04-71-68 "Сварка в химическом машиностроении". 5. Сварные швы в объеме 100% контролировать рентгенопросвечиванием. 6. Действительное расположение штуцеров
Кафедра "Процессы и аппараты химической технологии
Факультет "Технология Пищевых Продуктов 42-13 АБ