Савельева КП. Министерство энергетики, промышленности и связи ставропольского края
 Скачать 0.62 Mb.
|
|
1.3 Выбор основного аппарата. Описание устройства и принципа работы В промышленности для проведения процесса ректификации используют два типа колонн тарельчатые и насадочные. Тарельчатые, в которых контактные устройства выполнены в виде тарелок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.  Рисунок 3 - Тарельчатая колонна ректификации Насадочные, в которых контактные устройства заполняют практически весь объем колонны.  Рисунок 4 - Насадочная колонна ректификации Тарельчатые колонны используются, как правило, в крупнотоннажных производствах. В тарельчатых контактных устройствах интенсификация процесса тепломассообмена между взаимодействующими жидкой и паровой фазами обеспечивается, в основном, за счет максимально возможного увеличения относительной скорости движения фаз. (Предельная интенсивность процесса достигается при турбулизации двухфазной системы, однако, в традиционных конструкциях тарелок достичь турбулентного течения не удается из-за ограничений по скорости паровой фазы, обусловленных «захлебыванием» колонны и недопустимо высокими потерями давления в тарелках). Принцип работы тарельчатой колпачковой колонны.  Рисунок 5 - колпачки Вначале, пока колонна сухая, весь пар беспрепятственно проходит сквозь трубочки и поднимается наверх. Пар конденсируется в дефлегматоре, стекает на верхнюю тарелку и наполняет её до края сливной трубки. Трубка, находящаяся в колпачке установлена выше уровня сливной трубки — это сделано для того, чтобы флегма стекала на низлежащую тарелку только по сливной трубке. По сливной трубке флегма попадает в переливную чашу, заполняет её и переливаясь через край, устремляется на нижнюю тарелку. Система из сливной трубки с переливной чашей и колпачковой трубки представляет собой классический клапан-гидрозатвор. Столб флегмы в переливной чаше достаточно большой и не пропускает через себя пар. Весь пар проходит и пробулькивается только через колпачковую трубку, а флегма стекает только через сливную. После выхода колонны в рабочий режим происходит барботаж — вокруг колпачков образуются пузырьки, флегма вокруг них «закипает», начинается эмульгация и колонна выдаёт максимальный КПД. Данное «кипение» приводит к главному процессу ректификации —тепломассообмену, который происходит как раз в образующихся пузырьках. Поскольку пузырьков огромное количество, то тепломассообмен идёт отлично. Насадочные колонны. Насадочные колонны приобретают все более широкое распространение в последние годы. Используемые в них насадки также весьма разнообразны по конструкции и применяемому материалу. Насадочные контактные устройства имеют высокую эффективность, хорошие массовые характеристики, однако, как правило, с ростом диаметра колонны их эффективность резко падает, а некоторые типы насадок теряют работоспособность уже при диаметре колонны 1000 м. Кроме того, они, ка правило, дороже тарельчатых. Поэтому насадочные колонны обычно используются в малотоннажном производстве. Принимаем тарельчатую колпачковую колонну. 1.4 Устройство и принцип работы вспомогательного оборудования В колоннах непрерывного действия куб служит для испарения части стекающей вниз жидкости, являясь кипятильником.  1– куб испаритель; 2 – тарельчатая часть колонны; 3 – змеевик; 4 – штуцер для отвода кубового остатка Рисунок 7 - куб испаритель По устройству такие кипятильники сходны с кипятильниками выпарных аппаратов. При небольших поверхностях теплообмена применяют кипятильники в виде змеевика или горизонтальной трубчатки, устанавливаемой в нижней части колонны, причем греющий пар подается в трубы. При больших поверхностях теплообмена применяют выносные кубы с естественной, циркуляцией разгоняемой смеси, аналогичные по устройству выпаривания аппаратам с выносным кипятильником. Дефлегматоры выполняют обычно в виде вертикальных или горизонтальных коткухотрубчатых теплообменников. Чаще всего охлаждающая вода проходит по трубам, а пары движутся в межтрубном пространстве. Дефлегматоры могут быть, выносными или со стыкованными с верхом укрепляющей части ректификационной колонны. Подогреватели исходной смеси и конденсаторы готового продукта представляют собой обычные трубчатые теплообменники. 1.5 Техника безопасности при обслуживании оборудования Важным фактором безопасности при ремонтных работах является размещение работающих на высоте. Монтажные и ремонтные работы нельзя проводить одновременно на разных отметках по одной вертикали, так как падение с большой высоты гайки, куска металла, доски, инструмента может причинить работающему ниже травму. В случае крайней необходимости это допускается только с обязательным устройством защитных настилов, обеспечивающих безопасность ремонтников на всех нижних отметках. Перед началом ремонтных работ все участники знакомятся с той частью плана организации работ, которая к ним относится, и получают подробный инструктаж по технике безопасности независимо от того, выполняли они аналогичные работы или нет. После того как подготовка к ремонту полностью закончена, каждый работающий ознакомлен со своими обязанностями и получил инструктаж по технике безопасности, приступают к ремонтным операциям. На установках снижают давление и температуру, откачивают продукт, продувают аппарат паром или инертным газом, промывают водой, удаляют воду из системы, устанавливают заглушки, делают необходимые анализы воздушной среды и только после этого вскрывают отдельные части установки. В аппарате, трубопроводах, даже в арматуре есть места, в которых при остановке производства на ремонт может остаться продукт. Это возможно, например, в участках аппаратов, расположенных ниже спускных штуцеров, в местах отклонений днищ от горизонтального положения, в тарелках ректификационных колонн, в гидравлических затворах, полостях, образующихся при деформации днищ, провисших частях трубопроводов, даже в вентилях и кранах. В кране диаметром 50 мм (в проходном отверстии) может остаться до 70-90 г жидкости. Места возможного скопления остаточных продуктов особенно хорошо должны знать работники, обслуживающие установку и при ремонте они обязаны проследить за тем, чтобы продукт был своевременно удален из этих мест. Удаление продукта должно быть правильно организовано с учетом условий производства и видов продукта. Запрещается слив любого продукта и промывных вод на полы и площадки, а также удаление продувочных газов и паров в помещения, потому что это может привести к созданию взрывоопасных или токсичных концентраций. Жидкие продукты обычно не сбрасывают в канализацию, а эвакуируют в другие емкости; горючие газы направляют на факел для сжигания. Для удаления продуктов, как правило, используют имеющиеся трубопроводы и емкости; иногда приходится заранее подготовлять дополнительные участки трубопроводов с арматурой. Обычно эти участки подготавливаемые заранее, подгоняются по месту и используются неоднократно. Таким образом, порядок удаления продуктов предусматривают заранее по схеме, приложенной к плану ведения подготовительных и ремонтных работ. Очень важна правильная установка заглушек. Их составляют на трубопроводах, входящих в аппарат или выходящих из него, чтобы предотвратить возможность попадания в него продуктов, которые могут вызвать создание взрывоопасных или недопустимых вредных концентраций. Иногда считают, запорных приспособлений достаточно, чтобы предотвратить проникновение продуктов в отключенную часть аппарата, но на это нельзя полагаться, тем более что запорное приспособление может быть случайно открыто, заглушка же гарантирует невозможность попадания продуктов в отключаемую арматуру. По окончании ремонта все заглушки снимают; оставленная заглушка может вызвать нарушение технологического процесса, повышение давления и в конечном итоге аварию. Размер и толщина заглушки определяется в соответствии с требованиями ГОМТ или расчетом. Чтобы можно было сразу видеть, поставлена она или нет, ее снабжают хвостовиком, окрашенным в красный цвет и нумеруют. Места, время установки и снятие заглушек фиксируют в специальном журнале. Установку и снятие заглушек проверяет ответственный за подготовку и окончание ремонтных работ. Работа по установке заглушек является опасной. При выполнении этой работы необходимо соблюдать меры предосторожности: разъем фланцев нужно осуществлять осторожно; под фланцы надо поставить ведро, продукт может оказаться в этой части оборудования. Обычно эту работу поручают газоспасателям 2 Расчётная часть 2.2 Материальный баланс Рассчитать ректификационную колонну с колпачковыми тарелками для разделения бинарной смеси вода-уксусная кислота. Рассчитать ректификационную колонну с колпачковыми тарелками для разделения бинарной смеси вода-уксусная кислота. Производительность колонны по высококипящему компоненту, кг/ч......6200 Содержание воды в исходной смеси, %................................................................25 Содержание воды в дистилляте, %........................................................................99 Содержание воды в кубовом остатке, %..............................................................1,4 Начальная температура охлаждающего теплоносителя,°С.................................20 Давление насыщенного нагревающего пара, мПа..............................................0,4 Производительность колонны по исходной смеси  =G*100/(1-ХF), (1) =6200*100/75=8267 кг/ч.Найдём производительность колонны по дистилляту и по кубовому остатку (  и  ) на основании уравнений материального баланса , (2)где  – содержание легколетучего компонента в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно. ,Решим систему уравнений, получим следующие значения.  .Выразим концентрацию ХF в молярной доле по следующей формуле  , (3)где  и  – молекулярные массы воды и уксусной кислоты соответственно, кг/кмоль. Выразим концентрацию дистиллята в молярной доле по следующей формуле  , (4) Выразим концентрацию кубового остатка в молярной доле по следующей формуле  , (5) .Найдем относительный мольный расход питания по следующей формуле  , (6) .Построим диаграмму равновесия в координатах  для исходной смеси вода -уксусная кислота Определим минимальное число флегмы по следующему уравнению  , (7)где  – мольная воды в паре, равновесном с уксусной кислотой, определенная по диаграмме  . 2,7.Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. Его находим по следующему уравнению  , (8) 3,81.Найдем уравнение рабочих линий для верхней (укрепляющей) части колонны по следующему уравнению  , (9) , 2.Найдём уравнение рабочих линий для нижней (исчерпывающей) части колонны по следующему уравнению  , (10) , .Определение скорости пара и диаметра колонны Определим среднюю концентрацию жидкости в верхней части колонны по следующему уравнению  , (11) .Определим среднюю концентрацию жидкости в нижней части колонны по следующему уравнению  , (12) Рассчитаем среднюю концентрацию пара для верхней части колонны по уравнению (9)  2=0,8.Рассчитаем среднюю концентрацию пара для нижней части колонны по уравнению (10)  =0,316.Средние температуры пара определяем по диаграмме равновесия в координатах  для исходной смеси вода - уксусная кислота при атмосферном давлении.  , .Среднюю мольную массу пара в верхней части колонны найдем по следующей формуле  , (13) Среднюю мольную массу пара в нижней части колонны найдем по следующей формуле , (14) .Определим среднюю плотность пара в верхней части колонны по следующей формуле  , (15)где  – температура при н.у., K; – средняя температура в верхней части колонны, K. .Определим среднюю плотность пара в нижней части колонны по следующей формуле: , (16)где – средняя температура в верхней части колонны, K.м .Найдем среднюю плотность пара в колонне по следующей формуле  , (17) .Температура вверху колонны при  равняется  , а в кубе – испарителе при  равняется  .С помощью интерполяции найдем плотности веществ. Плотность воды при равняется ρ =  , у жидкой уксусной кислоты при   она равна ρ =  .Плотности жидких воды и уксусной кислоты близки, поэтому принимаем среднюю плотность жидкости в колонне  .По данным каталога – справочника «Колонные аппараты» принимаем расстояние между тарелками  .Определим скорость пара в колонне по уравнению  , (18)где С = 0,032 – коэффициент, зависящий от конструкции тарелок, расстояние между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости.  .Объемный расход, проходящего через колонну пара при средней температуре в колонне найдем по следующей формуле:  , (19)где  – средняя температура в колонне, ; – мольная масса дистиллята, кг/кмоль.Найдем среднюю температуру по следующей формуле  , (20) .Определим мольную массу дистиллята по следующей формуле  , (21) .Подставим полученные значения в формулу (19)  .Диаметр колонны рассчитаем по следующей формуле  , (22) =2,63м.По каталогу – справочнику «Колонные аппараты» принимаем D = 2600 мм Скорость пара в колонне найдем по следующей формуле  , (23) .Определение числа тарелок и высоты колонны Нанесем на диаграмму y – x рабочие линии верхней и нижней части колонны и найдем число ступеней изменения концентрации  . В верхней части колонны  , в нижней части  , всего – 62 ступеней.ц Число тарелок рассчитаем по следующему уравнению  , (24)где – число ступеней в верхней или нижней части колонны, определяемое по диаграмме;где  – средний КПД тарелок.Найдем коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов по следующей формуле  , (25)где  и  – давления насыщенного пара воды и уксусной кислоты соответственно при средней температуре в колонне равной  , мм рт. столба ,Тогда  По графику находим  Длину пути жидкости на тарелке найдем по следующей формуле:  , (26)где D – диаметр колонны, м.  Средний КПД тарелок найдем по следующему уравнению  , (27)где  – значение поправки на длину волны. Число тарелок в верхней части колонны найдем по уравнению (23)  .Число тарелок в нижней части колонны найдем по уравнению (23)  .Общее число тарелок  , с запасом  , из них в верхней части 64 тарелок и 29 тарелок в нижней части колонны.Высоту тарельчатой части колонны рассчитаем по следующему уравнению  , (28) . |