Введение. 
Проектирование ректификационной установки непрерывного действия с ситчатыми тарелками для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атмосфер

Ректификация — массообменный процесс, который осуществляется в большинстве случаев в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки), аналогичными аппаратам, используемым в процессах абсорбции. Поэтому методы подхода к расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок имеют много общего. Тем не менее ряд особенностей процесса ректификации (различное соотношение нагрузок по жидкости и пару в нижней и верхней частях колонны, переменный по высоте коэффициент распределения, совместное протекание процессов массои теплопереноса) осложняет его расчет.

Одна из сложностей, с которой встречаются проектировщики, заключается в том, что в литературе отсутствуют обобщенные закономерности для расчетов кинетических коэффициентов процесса ректификации. В наибольшей степени это относится к колоннам диаметром более 800 мм, с насадками и тарелками, широко применяемыми в химических производствах. Большинство рекомендаций сводится к использованию для расчетов ректификационных колонн кинетических зависимостей, полученных при исследовании абсорбционных процессов.

Принципиальная схема ректификационной установки приведена на рис. 1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси X_F.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка X_W, т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава X_P, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выходит из дефлегматора в виде готового продукта разделения — дистиллята, который охлаждается в теплообменнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.

Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость — продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.

Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

Рис. 1. Принципиальная схема ректификационной установки

1- Промежуточная ёмкость; 2- Центробежный насос; 3- Теплообменник; 4- Кипятильник; 5- Ректификационная колонна; 6- Дефлегматор; 7- Теплообменник; 8- Промежуточная ёмкость; 9- Центробежный насос; 10- Теплообменник; 11- Ёмкость.

Задание на проектирование

Спроектировать ректификационную установку непрерывного действия с ситчатыми тарелками, для разделения бинарной смеси бензол-толуол под давлением 1.0 атм. Производительность по исходной смеси 6000 кг/ч. Содержание легколетучего компонента в исходной смеси 56%, в дистилляте 97%, в кубовом остатке 8%. Исходная смесь перед подачей в колонну подогревается до температуры 50 ⁰С.

Т_кип (C₆Н₆) = 80,2 ⁰С Т_кип (С₆Н₅СН₃) = 110,6 ⁰С Равновесный состав жидкости (Х) и пара (Y) и температуры кипения (t) бинарной смеси бензол-толуол.

Таблица 1.