Ректификационная установка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Рассчитать и спроектировать ректификационную колонну с клапанными тарелками для разделения под атмосферном давлением, с расходом GF т/ч бинарной смеси ацетон-толуол №1156 с концентрацией низкокипящего компонента XF % (масс). Исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения. Требование к частоте продуктов: XD % (масс), XW % (масс). ректификационный колонна бинарный клапанный

GF =7 т/ч ; XF = 30% (масс) ; XD = 93% (масс) ; XW = 4% (масс)

РЕКТИФИКАЦИЯ - разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся температурами кипения, путем многократных испарения жидкости и конденсации паров. Этот процесс имеет большое значение в химической технике. В качестве примеров достаточно указать на разделение природных углеводородов нефти и синтетических углеводородов с целью получения моторных топлив, на выделение индивидуальных газов из их смесей путем предварительно ожижения и последующей ректификации жидкой смеси.

Для ректификации обычно используют колонные аппараты - ректификационные колонны, в которых осуществляется многократный контакт между потоками паровой и жидкой фаз. Движущая сила ректификации - разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низко-кипящими) компонентами (ЛЛК), а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами (ТЛК). Поскольку жидкость и пар движутся, как правило, противотоком (пар-вверх, жидкость - вниз), при достаточно большой, высоте колонны в ее верх. части можно получить практически чистый целевой компонент. В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификацию проводят под различным давлением: атмосферным (т. кип. 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими т-рами кипения, напр. сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их т-р кипения). Ректификацию можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификации применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней-укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК). При периодической ректификации в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.

Ректификационная колонна -- аппарат, предназначенный для разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри.

Ректификация-- это тепломассообменный процесс, в результате которого конденсация составляющих пара происходит раздельно. Ректификационные установки по принципу действия делятся на периодические и непрерывные. В установках непрерывного действия разделяемая сырая смесь поступает в колонну и продукты разделения выводятся из неё непрерывно. В установках периодического действия разделяемую смесь загружают в куб одновременно и ректификацию проводят до получения продуктов заданного конечного состава. Промышленные ректификационные колонны могут достигать 80 метров в высоту и более 6,0 метров в диаметре. В ректификационных колоннах в качестве контактных устройств применяются тарелки, которые дали название химическому термину, и насадки. Насадка, заполняющая колонну, может представлять собой металлические, керамические, стеклянные и другие элементы различной формы. Конденсация осуществляется на развитой поверхности этих элементов.[1]

Тарелки. В колоннах с ситчатыми тарелками жидкость, поступившая на верхнюю тарелку, после контакта с паром сливается на нижнюю тарелку через переливное устройство. Пар движется навстречу жидкости из нижней части колонны вверх и проходит последовательно че­рез отверстия каждой тарелки. При нормальной работе жидкость не перетекает через отверстия в тарелках, т. к. поддерживается снизу давлением пара. При прохождении через жидкость пар образует на тарелке слой пены. Колонны с ситчатыми тарелками отличаются простотой устройства, высокой эффективностью и быстротой опорожнения от жидкости в случае возникновения аварийной ситуации.

Решетчатые (провальные) тарелки в отличие от ситчатых тарелок не имеют переливных патрубков, вследствие чего и пар и жидкость проходят через одни и те же отверстия (отверстия в решетча­тых и ситчатых тарелках делают круглыми диаметром 2-5 мм или щелевидными шириной 3-4 мм и длиной 200-300 мм и более). Решетчатые та­релки имеют те же достоинства и недостатки, что и ситчатые, и к тому же работают лишь в ограниченном диапазоне нагрузок по пару во избежание возникновения режима «захлебывания» колонны, при котором движущий­ся снизу вверх по колонне пар препятствует перетеканию жидкости вниз с тарелки на тарелку.

Клапанные тарелки характеризуются высокой стабильностью работы в ши­роком диапазоне нагрузок по пару. Жидкость переливается с тарелки на тарелку по переливным трубам 4, а пар проходит через отверстия в тарелках, в которых находятся клапаны 3. При снижении паровой нагрузки некоторые клапаны опускаются, перекрывая отверстия, что позволяет обеспечить заданный режим барботажа пара через слой жидкости в открытых отверстиях. При прохождении пара через отверстия клапаны перемещаются и вибрируют, что способствует самоочищению тарелок от образующихся отложений кокса, термополимеров, накипи и других веществ.

Струйные тарелки изготовляют в виде наклонных параллельных лопаток, проходя между которыми пар меняет направление в сторону движения жидкости на тарелке. Это позволяет увеличить кинетическую энергию жидкости для ускорения ее перемещения к сливным устройства и снизить гидравлическое сопротивление. Допустимая скорость движения пара на этих тарелках почти в 2 раза больше, чем на колпачковых. Независимо от типа тарелок к их изготовлению и монтажу предъявляются жесткие требования.[1]

Исходная смесь, нагретая до температуры питания tf в паровой, парожидкостной или жидкой фазе поступает в колонну в качестве питания (Gf). Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной, так как там происходит процесс эвапорации -- однократного отделения пара от жидкости. Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются и конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения. Таким образом, в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз). Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары, чем выше поднимаются вверх колонны, тем более обогащаются легкокипящими компонентами. Таким образом, отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют орошением или флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом. Для создания восходящего потока паров в кубовой (нижней, отгонной) части ректификационной колонны часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны. Таким образом, в кубе колонны создается 2 потока: 1 поток -- жидкость, стекающая с верха (из зоны питания+орошение) 2 поток -- пары, поднимающиеся с низа колонны.[1]

Ацетон. Встречается в составе так называемых лесохимических растворителей.

Применяется как растворитель нитроклетчатки, ацетилклетчатки, резины, смол; в ацетиленовых баллонах - для абсорбции ацетилена; для желатинизации нитроклетчатки; для денатурирования спирта; как исходный материал для получения кетена и в ряде других синтезов. Получается перегонкой неочищенного древесного спирта; пропусканием паров уксусной кислоты над нагретыми контактными веществами; нагреванием до высокой температуры ацетата кальция; путем брожения; гидратацией метилацетилена.

Физические и химические свойства. Бесцветная жидкость. Смешивается с водой и органическими растворителями. Взрывоопасные концентрации в смеси с воздухом 2,55-12.8 %. Трудно окисляется; каталитически восстанавливается в изопропиловый спирт.

Общий характер действия. Наркотик, последовательно поражающий все отделы центральной нервной системы. При вдыхании в течение длительного времени накапливается в организме; токсический эффект зависит не только от концентрации, но и от времени действия. Медленное выделение из организма увеличивает возможность хронического отравления. Угнетает некоторые митохондриальные (окислительные) ферменты.

Предельно допустимая концентрация 200 мг/м3.

Острое отравление. Порог восприятия запаха 0,0011 мг/л, порог действия по образованию электрокортикального условного рефлекса 0,44 мг/л. При вдыхании 1,2 мг/л в течение 3-5 мин - раздражения слизистых оболочек глаз, носа и горла.

Хроническое отравление. Концентрация 5мг/л в воздухе при ежедневном воздействии вызывало появления в крови до 40мг% ацетона. При наличии 0,6мг/л ацетона в воздухе отмечались признаки отравления. Наблюдались изменения со стороны верхних дыхательных путей, чаще в форме атрофических катаров, анемия.

Индивидуальная защита. Меры предупреждения. Фильтрирующий промышленный противогаз марки ацетона. При очень высоких концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей воздуха. При длительном контакте - защита кожи: перчатки, фартуки с непроницаемым покрытием.

Герметизация производственных процессов. Вентиляция. Остерегаться применения ацетона вместе с веществами, способными его хлорировать или бромировать.

Толуол. Встречается в нефти, в каменноугольной смоле, в продажном бензоле и пиробензоле, в сланцевом масле.

Применяется для получения тротила, капролактама; в фармацевтической промышленности; в качестве высокооктанового компонента авиационных и автомобильных бензинов, растворителя; в производстве некоторых пластмасс, смол, лаков, типографических красок. Получается ректификацией из каменноугольной смолы, из продуктов каталитического риформинга бензинов, пиролизом нефтяных фракций и газов.

Физические и химические свойства. Взрывоопасные концентрации в смеси с воздухом 1,27-7,0 %. Термически устойчив.

Общий характер действия. В высоких концентрациях действует наркотически. На нервную систему действует сильнее, чем бензол, сильнее сказывается и раздражающее действие паров.

Предельно допустимая концентрация 50 мг/м3.

Острое отравление. Симптомы: головная боль, тошнота, рвота, расстройство равновесия, потеря сознания. Концентрация 0,15 мг/л вызывает раздражение глаз и горла у большинства людей в течение 3-5 мин. При 1,3 и 1,5 мг/л и том же сроке действия - жалобы на слабость, головную боль. Тошноту, бессонницу. Объективно - расширение зрачков.