Ректифікаційна колона (стр. 1 из 5)
В курсовому проекті розроблена ректифікаційна колона для отримання етилового спирту. Описана технологічна схема установки. Описані існуючи установки для отримання спирту-ректифікату. Дається характеристика матеріалу для виготовлення основних частин колони. Проведено технологічний розрахунок апарату. Виконані креслення технологічної схеми ректифікаційної установки і загального виду ректифікаційної колони.
Пояснювальна записка містить аркушів 27; рисунків 7; таблиць 6; список використаних джерел 10 найменувань.
Графічна частина містить 2 креслення формату А1.
Хімічний комплекс — один з провідних у структурі сучасної економіки. Від його розвитку, як і від розвитку машинобудування, значною мірою залежить науково-технічний прогрес. Комплекс хімічних виробництв виготовляє продукцію для всіх основних галузей промисловості, транспорту, сільського господарства, оборони, побутового обслуговування та інших сфер діяльності. Він істотно впливає на рівень і темпи розвитку економіки в цілому.
Хімічна і нафтохімічна промисловість займає важливе місце в сучасному промисловому потенціалі України. Її частка в ВВП складає 5,5% [1], в загальному товарообігу промислової продукції – 6,4%, експорті промислової продукції – 12,5%. Проте потенційні можливості галузі стосовно нарощування обсягів конкурентоспроможного товарного виробництва значно вищі. Діючі хімічні і нафтохімічні підприємства здатні (за умови створення сприятливих умов для розвитку імпортозаміщуючих виробництв) поставляти до 75% хімічної продукції споживчого і промислового призначення, яку споживає внутрішній товарний ринок. Однак, сьогодні ця доля складає лише 30%, а протягом останніх трьох років вона скоротилась на третину. Суттєве скорочення споживання хімічної продукції відбулось також і в проміжному промисловому споживанні – до 8%.
Стимулювання розвитку хімічної галузі здатне призвести до ланцюгової реакції для наростаючого розвитку багатьох споживаючих галузей промисловості через забезпечення їх сучасними матеріалами і сировиною. Галузь має один з найвищих рейтингів міжгалузевого споживання.
За час кризи відбулись значні структурні зміни в попиті. Традиційно місткі споживачі хімічної продукції значно знизили її споживання через падіння обсягів виробництва, низької покупної спроможності, що стало наслідком дефіциту оборотних коштів і недоступності кредитних ресурсів. Так, хімічна промисловість протягом останніх 10 років знизила частку проміжного споживання на 5,5%, машинобудування - на 7,3%, легка промисловість – на 4,5%, вся промисловість – на 8%, що свідчить про посилення ролі непромислового споживання з одночасним послабленням ролі пріоритетних галузей-споживачів, зокрема, легкої промисловості і машинобудування. Сприяти підвищенню попиту останніх на хімічну продукцію повинна державна підтримка розвитку пріоритетних галузей економіки.
Україна має великі потенційні можливості для розвитку хімічної промисловості. На початку 90-х років вона налічувала понад 80 великих підприємств. Особливістю галузі є те, що в структурі постачання сировини, матеріалів і напівфабрикатів близько 60— 70% їх обсягу становили поставки за зв'язками по кооперації з підприємствами республік колишнього Радянського Союзу. У цих же регіонах реалізовувалася значна частка виробленої продукції галузі.
Крім потужних підприємств, галузь характеризується наявністю суттєвого наукового потенціалу — великої кількості науково-дослідних і проектно-конструкторських організацій, серед яких і такі, що вели важливі розробки науково-технічних проблем хімічної технології в колишньому Радянському Союзі.
Процес перегонки був відомий ще в стародавності. Він одержав значний розвиток у середні століття, коли навчилися одержувати етиловий спирт із продуктів бродіння крохмалю й сахаровмісних матеріалів.
У цей час перегонка й ректифікація широко поширені в хімічній технології й застосовуються для одержання різноманітних продуктів у чистому виді.
1. Літературний огляд
1.1 Основні положення перегонки
Перегонка – метод поділу рідких однорідних сумішей, що складаються із двох або більшого числа летучих компонентів.
У широкому змісті перегонка являє собою процес, що включає частковий випар поділюваної суміші й наступну конденсацію пар, що утворяться, здійснювані однократно або багаторазово. У результаті конденсації одержують рідину, склад якої відрізняється від складу вихідної суміші.
Поділ перегонкою засновано на різній летючості компонентів суміші при одній і тій же температурі. Тому при перегонці все компоненти суміші переходять у пароподібний стан у кількостях, пропорційних їх фугитивності (летючості).
У найпростішому випадку вихідна суміш є бінарної, тобто складається тільки із двох компонентів. Одержувана при її перегонці пара містить відносно більшу кількість легколетучого, або низькокиплячого, компонента (НК), чим вихідна суміш. Отже, у процесі перегонки рідка фаза збіднюється, а парова фаза збагачується НК. Рідина, що не випарувалася, природно, має склад, більш багатий важколетучим, або висококиплячим компонентом (ВК).
Ця рідина називається залишком, а рідина, отримана в результаті конденсації пар, – дистилятом, або ректифікатом.
Ступінь збагачення парової фази НК за інших рівних умов залежить від виду перегонки. Існують два принципово відмінних види перегонки: 1) проста перегонка (дистиляція) і 2) ректифікація.
Проста перегонка являє собою процес однократного часткового випару рідкої суміші й конденсації пар, що утворяться. Проста перегонка застосовна тільки для поділу сумішей, летючості компонентів якої істотно різні.
Значно більш повний поділ рідких сумішей на компоненти досягається шляхом ректифікації. Ректифікація – процес поділу гомогенних сумішей летучих рідин шляхом двостороннього масо- і теплообміну між нерівновагими рідкою й паровою фазами, що мають різну температуру й рухаються відносно один одного. Поділ здійснюється звичайно в колонних апаратах при багаторазовому або безперервному контакті фаз. При кожному контакті з рідини випаровується переважно НК, яким збагачуються пари, а з парової фази конденсується переважно ВК, що переходить у рідину. Обмін компонентами між фазами дозволяє одержати в остаточному підсумку пари, що представляють собою майже чистий НК. Ці пари, що виходять із верхньої частини колони, після їхньої конденсації в окремому апарату дають ректифікат (верхній продукт) і флегму – рідину, що повертається для зрошення колони й взаємодії з парами, що піднімаються на колоні. Знизу колони відділяється рідина, що представляє собою майже чистий ВК, – залишок (нижній продукт). Частина залишку випаровують у нижній частині колони для одержання висхідного потоку пари.
1.2 Основні закони перегонки
Для двох взаємно розчинних рідин правило фаз може бути записане так:
S = K – f + 2 = 2 – 2 + 2 = 2,
де S — число ступенів волі; f — число фаз; K — число компонентів.
Таким чином, правило фаз указує на те, що із трьох параметрів (температури t, тиску р і концентрації C), що визначають стан системи, довільно можуть бути обрані два. Так, якщо задатися температурою й тиском, то склад системи (концентрація) буде певним як для рідкої, так і для парової фази.
Перший закон Д. П. Коновалова сформульований у такий спосіб: «Пара, що перебуває в рівновазі з розчином, завжди містить у надлишку той компонент, додаток якого до розчину знижує температуру кипіння». Інакше кажучи, пара збагачується тим компонентом, додаток якого до рідини підвищує загальний тиск пар над нею.
Цей закон визначає якісний склад парової фази. Розглянемо для приклада систему етиловий спирт-вода. Додаток до рідкої фази спирту викликає в цій системі зниження температури кипіння. Отже, при кипінні парова фаза буде збагачуватися парами спирту.
В основу класифікації бінарних сумішей летучих компонентів покладена функціональна залежність загального тиску пар бінарної системи від складу рідкої фази. Залежно від розчинності компонентів друг у другу крива приймає той або інший вид.
Рис. 1. Залежність тиску пар бінарної системи від складу рідкої фази
p1 і p2 — тиски пар чистих компонентів
Для розчинів, крива тиску яких має максимум або мінімум, існує деякий склад рідкої суміші, при якому пари, що виділяються, мають той же склад, що й рідка фаза. Така суміш називається нероздільнокиплячої або азеотропної. Положення цієї суміші на графіку р-х установлюється другим законом Д. П. Коновалова: «В екстремумах тисків пари (або точок кипіння) сумішей состави рідкої й парової фаз збігаються».
Цей закон установлює, що якщо на кривий склад-тиск є крапка перегину (лінія 3 і 5 на рис. 1), те в цій крапці концентрації компонентів в обох фазах будуть однакові. До цієї групи нероздільнокиплячих сумішей ставляться суміші етилового спирту й води, етилового спирту й бензолу й ін.
1.3 Криві рівноваги
Використовуючи досвідчені дані, можна побудувати графік залежності состава парової фази від состава рідкої фази (рис. 2). Крива рівноваги, зображена на рис. 2, будується в координатах y-х (% мол.) або в координатах b-а (% мас.). Відповідно до першого закону Д. П. Коновалова крива для системи етиловий спирт — вода проходить вище діагоналі. Отже, пара буде збагачений спиртом у порівнянні з рідкою фазою. Однак крива перетинає діагональ в одній точці у відповідності із другим законом Д. П. Коновалова. Ця точка показує склад нероздільнокиплячої суміші і є азеотропною крапкою. При нормальному тиску нероздільнокипляча суміш системи етиловий спирт — вода містить 95,57% мас. спирту при температурі кипіння 78,15° С; при цьому ж тиску температура кипіння етилового спирту дорівнює 78,3, а води — 100° С.
