Порядок расчета ректификационной колонны(установки)

Дано: расход жидкой смеси, ее состав(доли веществ в дистилляте, в кубовом остатке. Давление греющего пара, начальная температура смеси.

1) Материальный баланс.

Определяем: относительный мольный расход питания, минимальное число флегмы, рабочее число флегмы. Уравнения рабочих линий верхней и нижней части колонны.

2)Определение скорости пара и диаметра колонны.

3)Гидравлический расчет тарелок.

Расчет ведем для тарелок в верхней и нижней части ректификационной колонны.

4)Определение числа тарелок и высоты колонны.

Расчет состоит в последовательном определении в сечениях колонны меду тарелками составов пара и жидкости.

76. Установка непрерывной ректификации.

 

Схема ректификационной установки непрерывного действия. 1 - емкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна; 4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка.

Для непрерывного проведения ректификации необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с несколько большей концентрацией ВК, чем в жидкой смеси. Поэтому исходную смесь подают в то место ректификационной колонны 3, которое соответствует этому условию. Место ввода исходной смеси, нагретой до температуры кипения в подогревателе 2, называют тарелкой питания, или питательной тарелкой. Положение тарелки питания или ввода исходной смеси специально рассчитывается. Тарелка питания делит колонну на две части: верхнюю – укрепляющую и нижнюю – исчерпывающую. В укрепляющей части происходит обогащение поднимающихся паров низкокипящим компонентом, а в исчерпывающей – удаление НК. Поток пара, поднимающегося по ректификационной колонне, поддерживается испарением части кубовой жидкости в кипятильнике 4, а поток жидкости, текущей по колонне сверху вниз, - возвратом части флегмы, образующейся при конденсации выходящих из колонны паров в дефлегматоре 5. Отметим, что отношение количества киломолей флегмы Ф, приходящихся на 1 кмоль отбираемого дистиллята Р, называют флегмовым числом R (т.е. R=Ф/Р). Понятие о флегмовом числе введено для удобства анализа и расчета процесса ректификации.

К достоинствам непрерывной ректификации относятся высокая производительность, однородность получаемого продукта, легкость автоматизации, возможность рекуперации теплоты.

При непрерывной ректификации многокомпонентых смесей в установке должны быть не одна колонна, а больше, так как в одной колонне можно разделить смесь только на два продукта. В общем случае число колонн N равно числу компонентов К разделяемой смеси минус 1, т.е., N = К – 1.

77.Установки специальной ректификации В отличие от бинарных смесей—систем, об­ладающих лишь двумя степенями свободы, многокомпонентная смесь представляет собой систему, число степеней, свободы которой равно числу компонентов, составляющих эту смесь.

В случае же разделения многокомпонентной смеси состоящей из n компонентов и имеющей n степеней свободы, при задании указанных выше двух параметров остаются неизвестными еще n — 2 сте­пени свободы.

Поэтому содержание остальных компонентов в дистилляте можно найти только подбором, учитывая, что существует ряд смесей различного состава, которые при данном давлении имеют одинаковую темпе­ратуру кипения.

Многокомпонент­ную смесь нельзя разделить в одной колонне подобно бинарной смеси. В общем случае число колонн для ректификации многокомпонентной сме­си должно быть на одну меньше, чем число компонентов, на которые раз­деляется смесь, т. е. для разделения смеси из n компонентов требуется — 1 колонна.

На рис. 1.6 в колонне 1 наименее летучий из компонентов (компонент С) отделяют в виде остатка. Другие два компонента (В и А), отводимые в качестве дистиллята, после конденсации поступают в колон­ну 2, где разделяются на дистиллят (компонент А) и остаток (компонент В менее летучий, чем А). Более экономична подача компонентов А+ В в колонну 2 в парообразном состоянии; при этом в дефлегматоре первой колонны конденсируется только флегма, необходимая для орошения колонны.

Схемы установок для ректификации трехкомпонентных смесей

Компоненты А и В более летучи, чем компонент С.

Специальные виды ректификации.

Предельным случаем близкокипящих смесей являются нераздельно кипящие, или азеотропные, смеси, для которых α=1. Чтобы разде­лить эти смеси, нужно значительно изменять давление, что связано с ус­ложнением и удорожанием установки. Относительно дорогим способом разделения азеотропных смесей является также молекулярная дистил­ляция .

В ряде случаев более эффективны такие методы разделения азеотропных смесей, которые основаны на введении в разделяемую смесь добавоч­ного компонента, так называемого разделяющего агента, обладающего избирательным действием. При его добавлении летучесть и коэффициент активности для низкокипящего компонента возрастают значительно больше, чем для высококипящего, что и облегчает разделение смеси. Применяя различные разделяющие агенты и подбирая их концентрацию, можно изменять в широких пределах относительные летучести компонен­тов исходной смеси и соответственно распределение ее компонентов между жидкостью и паром.

Проведение процессов ректификации в присутствии разделяющих аген­тов является общим признаком методов экстрактивной и азеотропной ректификации. Вместе с тем эти методы существенно отличаются друг от друга. При азеотропной ректификации разделяющий агент образовывает азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется из ректифи­кационной колонны в качестве дистиллята.

При экстрактивной ректификации разделяющий агент должен обладать значитель­но меньшей относительной летучестью, чем компоненты исходной смеси, и не образовывать с ними азеотропных смесей. Он отводится из колонны с кубовым остатком.

78.Сушка. Общая характеристика процесса и т.д..Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем её испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наиболее распространённым способом удаления влаги из твёрдых и пастообразных материалов, а также в ряде случаев и из суспензий.

Этот процесс широко используется в химической технологии. Удаление влаги позволяет удешевить транспортировку материалов, придать им определенные свойства (например, уменьшить слеживаемость удобрений), уменьшить коррозию аппаратуры и трубопроводов при хранении или последующей их обработке

В химической промышленности в основном применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка – процесс довольно длительный.

По способу передачи тепла различают: конвективную, контактную, терморадиационную, высокочастотную и сублимационную сушку.

При конвективном способе сушки тепло для процесса передаётся от газообразного теплоносителя (нагретого воздуха, дымовых газов или их смеси) при непосредственном соприкосновении его с поверхностью высушиваемого материала.

При контактной сушке тепло передаётся материалу от нагретой плоской или цилиндрической поверхности.

При терморадиационном способе сушки передача тепла осуществляется за счёт радиационного излучения, основную часть спектра которого (около 80%) занимают инфракрасные лучи. Через

При высокочастотном способе сушки высушиваемый материал подаётся в поле токов высокой частоты, где под воздействием этого поля полярные молекулы (особенно Н₂О), стремясь ориентироваться вдоль направления поля, вынуждены совершать колебательные движения, в результате чего происходит разогрев материала.

При сублимационном способе сушки влагу удаляют из твёрдых материалов путём возгонки (сублимации), т.е. влагу переводят из твёрдой фазы в паровую, минуя жидкое состояние. Количество тепла, передаваемого от газообразного сушильного агента жидкости путём конвекции при температуре газа t_Г, превышающей температуру материала t_М, составит :

 

Количество испаряющейся жидкости (М) определяется уравнением:

,

где: К – коэффициент массопередачи;

- движущая сила процесса массопередачи.

 

 

79.Виды связи влаги с материалом.Методы ее удаленияМеханизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается. Предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая,физико-механическая.Химически связанная влага наиболее прочно соединена с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях и может быть удалена только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена из материала при сушке. В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная с материалом физико-химически и механически. Наиболее легко может быть удалена механически связанная влага, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу макрокапилляров и микрокапилляров (капилляров со средним радиусом приблизительно больше и меньше 10° см). Макрокапилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом, в то время как в микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды. Влага макрокапилляров свободно удаляется не только сушкой, но и механическими способами. Физико-химическая связь объединяет два вида влаги, отличающихся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага набухания. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных и полимерных материалов.Сушка топочными газами. В настоящее время все более широкое распространение приобретает сушка топочными газами, используемыми для сушки не только неорганических, но и органических материалов. Это объясняется в первую очередь тем, что температура топочных газов значительно выше температуры воздуха, нагреваемого перед сушкой. В результате влагопоглощающая способность газов во много раз больше влагопоглощающей способности воздуха и соответственно больше потенциал сушки.В качестве сушильного агента применяются газы, полученные либо сжиганием в топках твердого, жидкого или газообразного топлива либо отработанные газы котельных, промышленных печей или других установок. Используемые для сушки газы должны быть продуктами полного сгорания топлива и не содержать золы и сажи, загрязняющих высушиваемый материал в условиях конвективной сушки. С этой целью газы подвергаются сухой или мокрой очистке перед поступлением в сушилку. Обычно температура топочных газов превышает предельно допустимую для высушиваемого материала и поэтому их разбавляют воздухом для получения сушильного агента с требуемой температурой.Конструкции сушилок очень разнообразны и отличаются по ряду признаков: по способу подвода тепла (конвёктивные, контактные и др.), по виду используемого теплоносителя (воздушные, газовые, паровые), по величине давления в сушильной камере (атмосферные и вакуумные), по способу организации процесса (периодические и непрерывные), а также по взаимному направлению движения материала и сушильного агента в конвективных сушилках (прямоток, противоток, перекрестный ток). Это крайне затрудняет обобщающую классификацию сушилок.