Периодическая ректификация

Тепловой баланс ректификационной колонны.

Для колонны (см. рис. 7-2) с учётом имеем:

Приход тепла

С греющим паром в кубе испарителе -

С исходной смесью -

Расход тепла

С водой от конденсирующихся в дефлегматоре паров -

С дистиллятом -

С кубовым остатком -

Потери в окружающую среду - .

Здесь , и - энтальпия исходной смеси, дистиллята и кубового остатка. Следовательно:

, (7-12)

Подставляя вместо 𝑄 их значения и учитывая, что , где - удельная теплота конденсации в дефлегматоре, решим (7-12) относительно :

, (7-13)

Расход греющего пара на обогрев куба-испарителя:

, (7-14) где - удельная теплота конденсации (парообразования) греющего пара; - степень сухости греющего пара.

Расход воды на конденсацию пара в дефлегматоре:

, (7-15) здесь - удельная теплоёмкость воды; и - начальная и конечная температура воды.

Установки для ректификации периодического действия могут работать:

1) в режиме постоянной флегмы;

2) в условиях, обеспечивающих постоянный состав дистиллята.

Рис.7-4.Схема ректификационной установки периодического действия:

1 – куб; 2 – колонна; 3 – дефлегматор; 4 – разделительный стакан; 5 – холодильник;

6, 7 - сборники

На рис. 7-4 приведена схема периодически действующей ректификационной установки. В куб 1 загружается разделяемая смесь, нагревается до и испаряется. По ректификационной колонне 2 поднимаются пары и взаимодействуют с жидкостью (флегмой), стекающей из дефлегматора 3. Пары, обогащённые НК компонентом, конденсируются, проходят делитель флегмы 4 и поступают в холодильник 5, а затем в сборник 6 или 7.

На 𝑌-𝑋 диаграмме показаны положения рабочих линий для обеспечения постоянного состава дистиллята: процесс необходимо проводить при непрерывно меняющимся флегмовом числе (𝑚𝑖𝑛 в начале и 𝑚𝑎𝑥 в конце). Положение рабочей линии для концентраций и находится как обычно. Но, следует учесть, что в кубе в результате отгонки НК компонента его концентрация меняется (например, , и т. д. до ).

Положение точек 𝑎, 𝑏 и т. д. (рис. 7-4) должно отвечать равенству чисел единиц переноса для границ концентраций , и т. д. в пределах . Затем рассчитывают Проведение периодической ректификации при Чаще всего проводят процесс в условиях (наклон рабочих линий не зависит от концентраций). Для конкретных условий находят зависимость и вычисляют средний состав дистиллята.

7.6. Устройство и расчёт ректификационной колонны.

В ректификационных установках используют в основном аппараты двух типов: колонны со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые) и непрерывным контактом (плёночные и насадочные).

По конструкции внутренних устройств (тарелок, насадок) ректификационные колонны аналогичны абсорбционным колоннам. Расчёт также не отличается от расчёта однотипных аппаратов для процесса абсорбции. (см. рис. 6-5)

Расчёты ведут раздельно для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны, а затем определяют рабочую высоту колонны.

Большой интерес представляют многоколонные ректификационные аппараты. Разделение в них можно проводить с минимальным расходом теплоты, используя возможности испарения и конденсации при различных давлениях. В частности, двухколонные аппараты применяют в технике разделения газов. Схема двухколонной установки для разделения воздуха на кислород и азот представлена на рис. 7-5.

Рис.7-5.Схема двухколонной установки для разделения воздуха на кислород и азот:

1 – змеевик; 2, 4, 5 – вентили; 3 – конденсатор-испаритель

Охлаждённый сжатый воздух поступает в змеевик 1, конденсируется и отдаёт теплоту жидкости (обогащённому до 40 - 60 кислородом воздуху), кипящей в кубе колонны при . Из змеевика воздух дросселируется (дроссельным вентилем 2) в питающую секцию нижней колонны. Пары НК азота конденсируются в трубах конденсатора 3 за счёт испарения в межтрубном пространстве (в верхней колонне) жидкого кислорода. Азотная флегма из конденсатора 3 частично стекает вниз по нижней колонне, а остальное количество через дроссельный клапан 4 подаётся на орошение верхней колонны. Давление в верхней колонне составляет . Из испарителя 3 верхней колонны получают чистый газообразный или жидкий кислород (до 99.9 ), а сверху отводится чистый (до 98 ) азот.

Всё разнообразие аппаратов сводится к разнообразию контактных устройств: насадок, тарелок. Для ректификационных колонн (и абсорберов) рекомендуется семь типов контактных тарелок: ситчатая; ситчато – клапанная; клапанная; жалюзийно – клапанная; колпачковая; ситчатая многосливная; решётчатая. Расстояния между тарелками выбирают от 200 до 1200 мм, однако большей частью используют расстояние – 200, 300, 400, 500 и 600 мм.

Ситчатые – при устойчивых режимах работы при любых давлениях.

Колпачковые – более универсальны и используются при любом давлении как при устойчивых, так и при неустойчивых режимах работы.

Все типы тарелок (кроме ситчатой многосливной и решетчатой) имеют сегментные переливы, нагрузка на которые не более .

Рис.7-6.Типы интенсивных контактных устройств:

а – тарелки с двумя зонами контакта фаз; б, в - тарелки с подвижной шаровой насадкой

На рис. 7-6 приведены типы тарелок, на которых осуществляются режимы взаимодействия газовой (паровой) и жидкой фаз. На тарелках с двумя зонами контакта фаз газ (пар) дополнительно проходит через плёнку жидкости при сливе с тарелки и барботирует через слой жидкости на тарелке.

Слой шаров на тарелке (ситчатой или провальной) помогает образовывать плотную сепарирующую плёнку жидкости между тарелками, в следствии чего скорость газа (пара) в колонне можно повысить в 3-4 раза по сравнению с ситчатыми тарелками.

𝑋𝐼𝐼𝐼 Массообмен в адсорбционных аппаратах.

Дата добавления: 2015-03-29