Занятие № 16. Перегонные и ректификационные установки

ЛЕКЦИЯ

Ректификационные установки; конструкции и принцип действия аппаратов

В производствах небольшого масштаба используются ректификационные установки периодического действия. Исходную смесь загружают в куб I, снабженный нагревательным устройством. В кубе I за счет подводимой теплоты кипит жидкость. Пары, поступают под нижнюю тарелку, далее поднимаются по колонне II вверх навстречу жидкости, вводи­мой на одну из промежуточных тарелок из исходного бака и на верх­нюю тарелку из делителя IV. Из верхней части колонны богатые низкокипящим компонентом пары выходят в дефлегматор III, конденсируются, отдавая теплоту охлаждающей воде, и в виде парожидкостной смеси поступают в делитель. Из делителя флегма возвращается в колонну, а ректификат, через холодильник V поступает на склад.

Рассмотрим принцип работы непрерывно действующей ректификационной установки для раз­деления бинарной смеси и происходящие в ней процессы тепло- и массообмена.

Ректификационная колонна имеет цилиндрический корпус 1, внутри которого установлены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие в нижнюю часть аппарата из кипятильника 2, который находится вне колонны. С помощью кипятильника создается восходящий поток пара. Пары проходят через слой жидкости на нижней тарелке (первая тарелка).

Процессы тепло- и массообмена в ректификационной колонне проис­ходят на тарелках или насадке. Пусть концентрация жидкости на 1-й тарелке равна х₁ (по низкокипящему компоненту), а ее температура t₁. В результате взаимодействия между жидкостью и паром, имеющим более высокую температуру, жидкость частично испаряется, причем в пар переходит преимущественно НК. Поэтому на следующую (вторую) тарелку поступает пар с содержанием НК у₁ > х₁.

Испарение жидкости на тарелке происходит за счет тепла конденсации пара. Из пара конденсируется и переходит в жидкость преимущественно ВК, содержание которого в поступающем на тарелку паре выше равновесного с составом жидкости на тарелке.

На второй тарелке жидкость имеет состав х₂, содержит больше НК, чем на первой (х₂ >х₁), и соответственно кипит при более низкой температуре (t₂<t₁). Соприкасаясь с ней, пар состава у₁ частично конденсируется, обогащается НК и удаляется на вышерасположенную тарелку, имея состав у₂ > х₂ и т.д.

Таким образом, пар, представляющий собой на выходе из кипятильника почти чистый ВК, по мере движения вверх все более обогащается НК и покидает верхнюю тарелку колонны в виде почти чистого НК, который практически полностью переходит в паровую фазу на пути пара от кипятильника до верха колонны.

Пары конденсируются в дефлегматоре 3, охлаждаемом водой, и получаемая жидкость разделяется в делителе 4 на дистиллят и флегму. Флегма поступает на орошение колонны на верхнюю тарелку. Следовательно, с помощью дефлегматора в колонне создается нисходящий поток жидкости.

Флегма представляет собой почти чистый НК. Однако, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, она все более обогащается ВК, конденсирующимся из пара. Когда жидкость достигает нижней тарелки, она становится практически чистым ВК и поступает в кипятильник, обогреваемый глухим паром или другим теплоносителем.

Количество флегмы, кг, приходя­щейся на 1 кг готового продукта, на­зывается флегмовым числом.

На некотором расстоянии от верха колонны к жидкости из дефлегматора присоединяется исходная смесь, которая поступает на так называемую питающую тарелку колонны. Для уменьшения тепловой нагрузки кипятильника, исходную смесь обычно нагревают в подогревателе 5 до температуры кипения жидкости на питающей тарелке.

Питающая тарелка как бы делит колонну на 2 части, имеющие различное назначение. В верхней части 1 а (от питающей до верхней тарелки) должно быть обеспечено, возможно, большее укрепление паров, т.е. обогащение их НК с тем, чтобы в дефлегматор направились пары, близкие по составу к чистому НК. Поэтому данная часть колонны называется укрепляющей.

В нижней части 1 б (от питающей до нижней тарелки) необходимо в максимальной степени удалить из жидкости НК, т.е. исчерпать жидкость для того, чтобы в кипятильник стекала жидкость, близкая по составу к чистому ВК. Эта часть колонны называется исчерпывающей.

В дефлегматоре 3 могут быть сконденсированы либо все пары, поступающие из колонны, либо только часть их. В первом случает, часть конденсата (ректификат), остающаяся после отделения флегмы, охлаждается в холодильнике 6 и направляется в сборник дистиллята 9. во втором случае, несконденсированные в дефлегматоре пары одновременно конденсируются и охлаждаются в холодильнике 6 (в данном случае конденсатор-холодильник).

Жидкость, стекающая из низа колонны (близкая по составу ВК) также делится на 2 части. Одна часть направляется в кипятильник, а другая остаток (нижний продукт) после охлаждения водой в холодильнике 7 направляется в сборник 8.

Принцип работы перегонной установки отличается от работы ректификацион­ной принципиально тем, что все образующиеся в верхней части колонны-пары направляются в конденсатор и возврат флегмы в колонну отсутствует.

Заключение

Обобщить изученные вопросы. Подвести итоги лекции. Ответить на вопросы.

Выдать задание для самостоятельного изучения – изучить материал лекции по конспекту, рекомендуемую литературу.

Задание для самостоятельного обучения:

Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - 3-е издание. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. [4560-480].

Кандидат технических наук,

доцент Е.Е.Костылева

по учебной дисциплине "Тепло-массообменное оборудование предприятий"

(к учебному плану 200__г)

Разработал: к.т.н., доцент Костылева Е.Е.

Обсуждена на заседании кафедры

протокол № _____

от "_____" ___________2008 г.

Казань - 2008 г.

Занятие № 16. Перегонные и ректификационные установки

Учебные цели:

1. Рассмотреть конструкции ректификационных колонн.

2. Ознакомиться с конструкциями контактных устройств.

Вид занятия: лекция

Время проведения: 2 часа

Место проведения: ауд. ________

Литература:

1. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - 3-е издание. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 550 с.

Учебно-материальное обеспечение:

Плакаты, иллюстрирующие учебный материал.

Структура лекции и расчет времени:

№ п/п	Структура занятия	Время, мин.
1.   2.   3.	Повторение пройденного материала на лекции №15   Учебные вопросы: 1. Конструкции контактных устройств и ректификационных колонн.   Заключение

Дата добавления: 2014-01-06