Rectificarea este un proces de transfer de masă pentru separarea unui amestec omogen de componente volatile, efectuat prin interacțiunea multiplă contrastantă a vaporilor formați în timpul distilării cu lichidul format în timpul condensării acestor vapori.
Separarea amestecului lichid se bazează pe volatilitatea diferită a substanțelor. Când amestec de alimentare de distilare este împărțit în două părți: produsul distilat - un amestec bogat în componente punct de fierbere scăzut (NK), iar produsul de fund - un amestec îmbogățit în component cu punct de fierbere ridicat (VK).
proces rectificare efectuată într-o setare de distilare, care este o coloană de distilare principală aparat în care o pereche de lichide distilabile crește de mai jos, iar vaporii curge către lichidul furnizat ca reflux la partea superioară a aparatului.
Procesul de rectificare poate avea loc la presiune atmosferică, precum și la presiuni deasupra și sub atmosferă. Repararea vidului se efectuează când amestecurile lichide cu punct de fierbere ridicat sunt supuse separării. Presiunea crescută este utilizată pentru separarea amestecurilor care se află într-o stare gazoasă la o presiune mai mică. Presiunea atmosferică este acceptată atunci când se separă amestecuri care au un punct de fierbere de la 30 la 150 # 1618; S.
Gradul de separare a amestecului de fluide în componente și puritatea obținută distilat și funduri depinde de cât de bine suprafața de contact în fază dezvoltată, la cantitatea de reflux furnizat dispozitivului de irigare și coloana de rectificare.
Rectificarea a fost cunoscută de la începutul secolului al XIX-lea ca fiind unul dintre cele mai importante procese tehnologice, în special industria alcoolului și a petrolului. În prezent, rectificare ce mai utilizate în diferite domenii ale tehnologiei chimice, unde alocarea componentelor în formă pură este foarte importantă (în sinteza organică, izotop, polimeri, semiconductori, și diverse alte substanțe de înaltă puritate).
1. Calcularea coloanei de distilare
1.1 Balanța materială a procesului
Efectuăm un bilanț material pentru determinarea cantităților și compoziției substanțelor implicate în procesele de rectificare.
Balanța materială a coloanei încălzită cu aburi:
unde GF este capacitatea instalației pentru amestecul inițial, GD este capacitatea unității de distilare, GW este capacitatea unității pentru partea inferioară.
Bilanțul material pentru NFP:
unde xF. xD, xW este fracția de masă a componentei ușor volatile din amestecul inițial, distilat și, respectiv, reziduul de la bază. Transformăm expresia (1.2)
,
Temperatura unuia dintre purtătorii de căldură (abur) din aparat nu se modifică, deci alegerea regimului de temperatură este definitivă.
Calculul aproximativ al suprafeței aparatului. Alegerea designului aparatului și a materialelor pentru fabricarea acestuia.
Un calcul aproximativ este calculul suprafeței de transfer de căldură în funcție de valoarea aproximativă a coeficientului de transfer de căldură K, ales dintre [4]. Presupunând K = 900 W / (m 2 K), atunci valoarea aproximativă a zonei aparatului se calculează de la formula (1.45):
Având în vedere că aburul este un purtător de căldură fierbinte în aparat, pentru a asigura o intensitate ridicată a schimbului de căldură pe partea metanolului, este necesar să se asigure mișcarea turbulentă și viteza metanolului în țevile aparatului
Pentru a produce un schimbător de căldură, alegem țevi din oțel fără sudură cu un diametru de 25x2mm. numărul necesar de tuburi din aparatul n, care asigură o astfel de viteză, este determinat din ecuația de curgere:
.
Un astfel de număr de țevi într-o singură cursă n = 12 unități, iar aria suprafeței dispozitivului F = 13,9≈14 m 2 GOST 15122-79 și GOST15118-79 îndeplinește cel mai bine în schimbătorul de căldură cu două treceri, cu un diametru de 325 mm, cu numărul de tuburi 56 (de la un accident vascular cerebral 28 buc.), Conducte lungi de schimb de căldură 4000 mm și suprafață F = 13 m 2.
1.8.2 Calcularea condensatorului de reflux
Sarcina termică a condensatorului de reflux este determinată din balanța de căldură.
Tabelul 2 - Echilibrul termic pentru condensatorul de reflux
,
pentru că # 8710; prin urmare conducta este hidraulic netedă # 955; = # 955; гл = 0,0276 pe toate celelalte secțiuni ale conductei vom considera conductele ca netede hidraulice.
În conformitate cu specificată H = 14m - înălțimea maximă de ridicare, hvs = 1.0m-aspirare, LVS = 2,8 - lungimea conductei de aspirație, l # 900; n = 12 m - lungimea conductelor din schimbătorul de căldură la o coloană de distilare, LH = 25 m - lungimea conductei de evacuare. Amestecul este alimentat printr-o conductă de lungime l = lvs + ln = 1,0 + 2,8 = 3,8 m.
Folosind formula (3.1), determinăm căderea de presiune de-a lungul lungimii
.
unde # 958; - coeficientul de rezistență locală;
- cap de viteză în spatele rezistenței locale, m.
.
Pierderile totale ale capului pe secțiunea conductei de aspirație:
.
Calcularea rezistenței în conducta conductei de la pompă la schimbătorul de căldură. pentru că conducta este netedă hidraulic, apoi coeficientul de frecare hidraulic # 955; calculăm conform formulei Blasius (3.11):
,
.
Pierderea capului pe lungime:
.
Conform schemei de proiectare, există un tip de rezistență locală pe conducta conductei de la pompă la schimbătorul de căldură - # 958; = 0,5
.
Pierderile totale ale capului în zona conductei de presiune de la pompă la schimbătorul de căldură:
.
Calcularea rezistenței schimbătorului de căldură
Determinați presiunea pierdută la rezistențele locale ale schimbătorului de căldură (figura 1)
,
.
Mai întâi calculează zonele din secțiuni diferite.
Figura 2- Coeficienții rezistenței locale a schimbătorului de căldură
Aria secțiunii transversale a duzelor
Suprafața secțiunii transversale a capacului (secțiunea liberă a aparatului)
.
Suprafața secțiunii transversale a 28 de conducte cu un singur curs de schimbător de căldură:
.
Viteza și viteza în secțiunile corespunzătoare:
,
,
.
Coeficientul rezistențelor locale:
a) la intrare prin mamelon în capac (expansiune bruscă):
;
b) la intrarea fluxului de la capac la conducte (îngustare bruscă):
.
c) atunci când fluxul din tevi intră în capac (expansiune bruscă):
.
d) la intrarea debitului din capac în fiting (îngustare bruscă):
Calculați pierderea de presiune în rezistențele locale:
a) la intrarea debitului prin suflare:
,
b) la intrarea fluxului în țevi:
,
c) la evacuarea debitului din conducte:
,
d) la ieșirea fluxului de pe capac prin unire:
,
e) când se întoarce de la o rotație la alta cu 180 ° (# 958; = 2.5):
.
Pierderile totale ale capului în rezistențele locale ale schimbătorului de căldură:
.
Pierderea totală a debitului (pe lungimea și în rezistențele locale ale schimbătorului de căldură):
.
Calcularea rezistenței conductei de la schimbătorul de căldură la coloană:
,
,
,
.
Secțiunea conductei de presiune include două curbe netede ale conductei # 958; na = 0,5:
,
,
.
Pierderile totale ale capului în unitatea de pompare (rețea):
.
3.1 Selectarea pompei
Determinarea capului necesar.
Capul necesar al pompei este determinat de formula:
unde Н = 14м - înălțimea de ridicare a unui lichid în instalația de pompare;
hvc = 1,0 m - înălțimea aspirației pompei;
Pp = 9,81 · 104 Pa - presiunea în coloană;
Ratm = 9,81 · 10 4 Pa - presiunea atmosferică;
Σhn = 0,992 m - pierderea totală a capului în rețea.
.
Tipul pompei și selecția clasei
Selectăm pompa pentru pomparea metanolului conform capului necesar
și feed-ul dat:
.
Selectăm pompa de marcă 2К-9 cu următorii parametri:
Viteza de alimentare este de 20 m 3 / oră, capul complet este de 18,5 m, viteza este de 2900 rpm, diametrul interior al ajutajelor: diametrul de intrare este de 50 mm. cap de presiune - 40mm. numărul de roți - 1, marca pompă 2K-9, dimensiuni gabarite: lungime - 438mm, lățime - 206mm, înălțime - 247mm, greutate - 31kg, randament - 68%
, diametrul rotorului - Д = 129 mm.
.
Deoarece conducta este acționată în zona patratică de rezistență (Re> 105), dependența pierderilor de cap din conducte de modificarea vitezelor este de natură patratică, adică
unde b este un coeficient de proporționalitate, determinat din coordonatele m. D, situate pe această curbă. Acest punct corespunde:
,
,
.
Ecuația curbei de rezistență a conductei, care exprimă capetele de pompare necesare la debite diferite (feed-uri) de-a lungul unei conducte date:
Având în vedere valori diferite ale Q, se calculează valorile corespunzătoare ale Hmp. Rezultatele calculului sunt înregistrate în tabelele 5.
Conform datelor din Tabelul 5, construim caracteristica conductei Hmp = f (Q), punând pe axa ordonată valoarea Hst = 15 m.
Tabelul 5- Caracteristicile conductei
Punctul de intersecție al caracteristicilor pompei și conductei determină punctul de operare A, ale cărui coordonate sunt:
,
= 68% (a se vedea anexa).
4. Descrierea schemei tehnologice
Fracțiunea etan-etilena 4.6.1 este alimentată în coloana de absorbție a SC, unde este absorbită de acidul concentrat sulfuric 6.1.1. Apoi, fracția etan prin 4.6.2 sugrumare DR este furnizat unui C1 scruber, apoi evacuat prin capcana B. lichid La rândul etilsulfaților soluție 6.1.2 este trimisă X1 frigider, care este răcit cu apă 1.6.1 circulant. Soluția răcită de sulfați de etil 6.1.2 este alimentată în hidrolizatorul G, de unde hidroliza 6.1.3 intră în coloana de stripare KO. Sub influența presiunii peste presiunea atmosferică și vaporilor saturați de 2,2 6.1.3 hidrolizate formate vapori de etanol contaminate 4.9.1 și 6.1.1 acid sulfuric concentrat. Prin introducerea vaporilor de etanol condensatorului contaminate 4.9.1 condens si cad ca o soluție în separatorul SP, care este separat din soluția de impurități gazoase 5.2 direcționată suplimentar spre un epurator C3, apoi o soluție de alcool brut în Capacitate1 8.9.2 trimis, cu un centrifugal unde pompa H2 este pompată la încălzitorul P. Preîncălzită la o temperatură de 83 # 1618; Cu etanol brutul 8.9.2 soluția alimentată în coloana de distilare KR 4.9.3 din vapori de etanol îmbogățit intră în deflegmator D unde P prin partea distribuitorului ca reflux înapoi în coloana de distilare KR, cealaltă parte este răcit în frigider A3. Distilatul de etanol 8.9.3 este trimis în rezervorul E3, de unde este pompat de pompa centrifugală H4 la operațiile tehnologice ulterioare. 1.9 O parte din blaz din coloana de distilare la refierbător de toamnă KR cutie de viteze la care se condensatului 1.8 KO2 este dat evacuarea condensului, iar o parte sub formă de abur 2.9 blaz este alimentat în coloana de rectificare ulterioară.
De asemenea, fundul 1.9 este trimis din coloana de rectificare în frigiderul X2. răcirea cu apă circulantă 1.6.1. Boilerele răcite sunt alimentate în rezervorul E2, iar pompa H3 este pompată în operațiile ulterioare de procesare.
Lista literaturii utilizate
4. Pavlov KF Exemple și sarcini pe parcursul proceselor și dispozitivelor tehnologiei chimice: Proc. alocație pentru stud. chimist tehnolog. spec. universități / K.F. Pavlov, P.G. Romankov, A.A. șosete; Sub. Ed. PG Romankova. - 10 ed. Revizuit. și adăugați .- L. Chemistry, 1987. - 676 p.
5. Chernobylsky I.I. Mașini și dispozitive pentru industria chimică. / I.I. Chernobylsky, A.G. Bondar, B.A. Gaevski și alții; Ed. II Cernobîl., Ediția a treia. Revizuit. și suplimentare. - M. Construcția de mașini, 1974. - 456s.
6. Planovsky A.N. Procese și aparate de tehnologie chimică / A.N. Planovsky, V.M. Ramm, S.Z. Kagan. - ed. stereotip. - M. Chemistry, 1983.-783 p.
7. Coloane: Catalog. M. TsINTIhimneftemash, 1978. 31 pp.
9. Lashchinsky A.A. Noțiuni de bază privind calculul și proiectarea echipamentului chimic: Manual. / A.A. Lashchinsky, A.R. Tolchinskiy; Sub. Ed. NN Loginova. Ediția a 2-a. Revizuit. și suplimentare. - L. Mashinostroenie, 1970.-753 p.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: