Процессы и аппараты в нефтепнреработке

БОУ ОО СПО Омский промышленно-экономический  колледж

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

по дисциплине: «Процессы и аппараты»

Расчет  ректификационной колонны

 

 

 

 

 

Выполнил  студент гр. БХ-30

Пушкарёв  Г. А

Проверил  преподаватель

Овчинникова О. Л

 

 

 

 

 

 

2012

 

 

 

 

Введение…...…...………………………………………………………….....……3

 

Лист задания

 

1 Теоретическая часть

 

1.1 Назначение и сущность ректификации..……………………………...8

 

1.2 Оборудование для ректификации………………………………...…..10

 

1.3 Диаграммы дистилляции…………………………….……………......13

 

1.4 Схема ректификационной установки с описанием………………….16

 

1.5 Материальный баланс и уравнение  рабочих линий ……….………..19

 

1.6 Флегмовое  число и его расчет………..…..………………………....25

 

          1.7 Характеристики  используемых веществ……………………………...26      

 

1.8 Охрана  труда и окружающей среды……………………….……….....28

        

         1.9 Выбор конструкционного материала…………………………………30

 

2 Расчетная часть I

 

Выводы……..…….………………..……………………………………………...38

 

Список использованной литературы……………………………………...……...39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Технологические процессы, скорость которых определяется скоростью  переноса вещества из одной фазы в другую, называются массообменными (диффузными) процессами.

Основными разновидностями массообменных  процессов являются: абсорбция, адсорбция, перегонка, ректификация, кристаллизация, сушка и экстракция.

Абсорбцией  называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем. Обратный процесс – выделения из жидкостей растворенного газа – называют десорбцией. Абсорбция характеризуется избирательностью (селективностью), т.е. каждое вещество поглощается определенным поглотителем. Различают абсорбцию простую, основанную на физическом поглощении компонента жидким поглотителем, и хемосорбцию, которая сопровождается химической реакцией между извлекаемым компонентом и жидким поглотителем. Примером простой абсорбции служит производство газировки или соляной кислоты, хемосорбция широко применяется в производстве серной и азотной кислот, азотных удобрений и т.д. Аппараты, в которых идут данные процессы, называют абсорберами.

Адсорбция – это процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из жидкой или газовой смеси твердым поглотителем – адсорбентом. В качестве адсорбентов широко применяют твердые вещества с высокоразвитой поверхностью и высокой пористостью(активные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты – водные алюмосиликаты кальция и натрия и др.) Адсорбция применяется в промышленности  для очистки и сушки жидкостей и газов, для разделения смесей различных жидкостей и газообразных веществ, извлечения летучих растворителей , осветления растворов, для очистки воды и др. Адсорбция используется в химической, нефтяной, лакокрасочной, полиграфической и других отраслях промышленности.

Для поглощения летучих растворителей и паров  органических веществ чаще всего  используют активированный уголь (противогазы), для сушки газов – силикагели и цеолиты, для очистки воды от растворенных солей – иониты. Адсорберы  работают как фильтры (обычно с неподвижным  слоем адсорбента). Все они периодического действия: после насыщения адсорбент  должен быть восстановлен (регенерирован) обратным процессом – десорбцией. Последняя протекает при нагреве  адсорбента острым паром, который отгоняет поглощенные вещества. Затем адсорбент  сушат, охлаждают и используют снова.

Перегонка и ректификация - основаны на различных температурах кипения фракций, составляющих жидкость. Существуют два принципиально отличных вида перегонки: простая (однократная) перегонка и ректификация.

Простая перегонка – это однократный  процесс частичного испарения низкокипящей фракции с последующей конденсацией образовавшихся паров, а ректификация – это процесс многократного (или непрерывного) испарения и  конденсации  паров исходной смеси. В результате ректификации получают более чистые конечные продукты. Жидкость, полученная в результате этого, называют дистиллятом, или ректификатом. Процессы перегонки и ректификации находят  широкое применение в химической и спиртовой промышленности, в  производстве лекарственных препаратов, в нефтеперерабатывающей промышленности и т.д. 

  Кристаллизацией называется  выделение твердой фазы  в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация начинается с образования центров (или зародышей) кристаллизации. Скорость их образования зависит от температуры, скорости перемешивания и т.д. С повышением температуры скорость роста кристаллов увеличивается, однако это приводит к образованию более мелких кристаллов и часто вызывает  снижение движущей силы процесса. Крупные кристаллы легче получить при медленном их росте без перемешивания и небольших степенях пересыщения растворов, однако это снижает производительность процесса кристаллизации. Нахождение оптимальной скорости кристаллизации и составляет одну из основных задач этого процесса.

Широко  применяются несколько способов кристаллизации: кристаллизация с охлаждением, кристаллизация с удалением части  растворителя, а также вакуум-кристаллизация. В зависимости от способа кристаллизации применяют кристаллизаторы периодического и непрерывного действия.

Кристаллизация  лежит в основе металлургических и литейных процессов, получения  покрытий, пленок, применяемых в  микроэлектронике, а также используется в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Кристаллизация является завершающей стадией в производстве минеральных солей, удобрений, органических и особо чистых веществ. Особое значение в промышленности имеет процесс кристаллизации металлов из расплавов.

Экстракция ( от позднелат. Exctractio – извлечение ), экстрагирование, процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью изберательных ( селективных ) растворителей ( экстрагентов ). Процесс Э. включает 3 последовательные стадии: смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз; удаление экстрагента из обеих фаз и его регенирацию  с целью повторного использования. 

Сушкой называют процесс удаления влаги из различных (твердых, жидких и газообразных) материалов. Влага может быть удалена испарением, сублимацией, вымораживанием, токами высокой частоты, адсорбцией и т.д. Однако наиболее распространена сушка испарением за счет подвода теплоты. Более экономичным является последовательное удаление влаги фильтрацией, центрифугированием (с содержанием остаточной влаги 10…40 %), а затем тепловой сушкой. По способу подвода тепла к материалу различают: конвективную, контактную, радиационную, диэлектрическую (СВЧ) и другие.

Все перечисленные процессы характеризуются  переходом вещества из одной фазы в другую и называются массопередачей.

Скорость  массопередачи при заданной температуре  зависит от интенсивности молекулярной диффузии, т.е. способности самопроизвольного  проникновения одного вещества в  другое за счет беспорядочного движения молекул.  Процесс переноса массы  из одной фазы в другую происходит за счет разности концентраций вещества в этих фазах до тех пор, пока не будет достигнуты условия равновесия. Движущая сила процесса массопередачи  определяется разностью концентраций фаз (выражается через разницу между  рабочими и равновесными концентрациями распределяемого компонента в первой и второй фазах соответственно). Количество массы, передаваемое из одной  фазы в другую, зависит от поверхности  раздела фаз, продолжительности  процесса и разности концентраций.

В данной курсовой работе рассмотрены  основы процесса ректификации, классификация  ректификационных колонн по конструкции  внутреннего устройства, по периодичности  действия и по способу организации  движения потоков контактирующих фаз.  Согласно заданию на курсовую работу, в котором указаны компоненты бинарной смеси: хлороформ-бензол, выбрана колонна с ситчатыми тарелками, и проведен её расчет по исходным данным, указанным в задании. Выполнен расчет материального баланса и тепловой расчет, определены основные размеры аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист задания

Рассчитать ректификационную колонну  непрерывного действия с ситчитыми тарелками для разделения под атмосферным давлением смеси хлороформ-бензол. Содержание низкокипящего компонента в питании X_F=38%, в дистилляте Х_D=96 %, в кубовом остатке X_W=7 % масс. Расход смеси 7000кг/час. В расчет входит выбор флегмового числа, определение основных размеров колонны – высоты и диаметра, количество расходов дистиллята и кубового остат

 

Таблица 1

Хлороформ - бензол
t-0С	% (мол.) хлороформа
	(x) В жидкости	(y) В паре
80,6	0	0
79,8	8	10
79,0	15	20
78,2	22	30
77,3	29	40
76,4	36	50
75,3	44	60
74,0	54	70
71,9	66	80
68,9	79	90
61,4	100	100

 

 

 

 

1 Теоретическая часть

 

1.1 Сущность, назначение и преимущества ректификации.

Ректификация  – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате взаимодействия паровой смеси и  жидкой смеси. Это массообменный  процесс, который осуществляется в  большинстве случаев в противоточных  колонных аппаратах с контактными  элементами (насадки, тарелки), аналогичными используемыми в процессе абсорбции.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена  тем, что состав пара, образующегося  над жидкой смесью, отличается от состава  жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.

Сущность  процесса ректификации рассмотрена  на примере разделения двухкомпонентной смеси по заданию на курсовую работу, где требуется рассчитать ректификационную установку для разделения смеси  «этиловый спирт-вода».

Ректификационная  установка даёт наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс  заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации  паров. В ректификационном аппарате снизу вверх движутся пары, а сверху подается жидкость, представляющая собой почти чистый НК. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паров конденсируется преимущественно ВК, а из жидкости испаряется преимущественно НК. Таким образом, стекающая жидкость обогащается ВК, а поднимающиеся пары обогащаются НКК, в результате чего выходящие из аппарата пары представляют собой почти чистый НК. Эти пары поступают в конденсатор, называемый дефлегматором, и конденсируются. Часть конденсата, возвращаемая на орошение аппарата, называется флегмой, другая часть отводится в качестве дистиллята.

Как и во всех массобменных процессах  эффективность ректификации зависит  от поверхности контакта фаз. Для  увеличения поверхности массообмена используют различные контактные устройства насадочного или барботажного типа. Наиболее распространенными ректификационными установками являются барботажные колонны с различными типами тарелок: колпачковыми, ситчатыми, провальными и т.п. Наиболее универсальны колонны с колпачковыми тарелками, но при разделении незагрязненных жидкостей в установках с постоянной нагрузкой, хорошо зарекомендовали себя аппараты с ситчатыми тарелками, отличающимися простотой конструкции и легкостью в обслуживании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Оборудование для ректификации и конструктивный материал

 

Колонны с тарелками, или тарельчатые  колонны, являются эффективными и наиболее распространенными аппаратами. Они  выполняются в виде вертикальных цилиндров, внутри которых одна под  другой размещено определенное количество горизонтальных перегородок – тарелок, обеспечивающих возможность течения жидкости сверху вниз, а газа или пара снизу вверх.