Общее число тарелок n = 24, с запасом берем n = 28, из них 14 в верхней части колонны и 14 в нижней части.
Высота тарельчатой части колонны:
Нт = (n - 1)•h = (28 - 1)0,3 = 8,1 м
4. Гидравлический расчет тарелок
Принимаем следующие размеры колпачковой тарелки:
- свободное сечение колонны 0,78 м 2
- длина линии барботажа 9,3 м
- периметр слива Lсл=0,8 м 2
- площадь слива 0,05 м 2
- площадь паровых патрубков 0,073 м 2
- относительная площадь для прохода паров 9%
- число колпачков 37
- диаметр колпачков 80 мм
- шаг t=110 мм
- высота колпачка 55 мм
Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны:
?р = ?рсух + ?ру + ?рпж
?рсух - гидравлическое сопротивление сухой тарелки
?ру - сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения (ими пренебрегаем и расчет не приводиться)
?рст - статическое сопротивление зависящее от запаса жидкости на тарелке
а) верхняя часть колонны:
ж - коэффициент сопротивления; ж = 4,5 - 5
- плотность пара в верхней части колонны
щ0 - скорость пара в прорезях, м/с
-плотность пены, кг/м 3; =400-600 кг/м 3
- средне расстояние от низа колонны до уровня пны(высота слоя пены на тарелке), м
- высота прорези, м; =0,02 м
- высота слоя светлой жидкости; =0,5=10 мм
- высота перелива, м
- высота колпачка, м; =0,55 м
- средняя плотность жидкости, кг/м 3; =853,5 кг/м 3;
- площадь поперечного сечения колонны за ывчетом площадей приемного и сливного карманов, м 2; =0,5617 м 2;
- площадь занимаемая колпачками, м 2;
n - число колпачков
- наружный диаметр колпачков
- высота слоя жидкости над переливом
L - объем жидкости перетекающий с тарелки на тарелку, м 3/ч
- длина сливной перегородки; =0,8 м;
- коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости в результате сжатия его стенками при подходе к сливной перегородки
при и =1,02
б) нижняя часть колонны:
Проверим, соблюдается ли расстояние между тарелками h = 0,3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие:
Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается.
Общее гидравлическое сопротивление тарелок:
?р = ?р|·nB + ?р||nH = 14•682,8 + 14·611,3 = 17361,4 Па = 0,17 кгс/см 2
5. Описание основного аппарата
Проводят ректификацию в башенных колонных аппаратах, снабжённых контактными устройствами (тарелками или насадкой) - ректификационных колоннах, в которых осуществляется многократный контакт между потоками паровой и жидкой фаз. Движущая сила ректификации - отличие фактических (рабочих) концентраций компонентов в паровой фазе от равновесных для данного состава жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния. При контакте с жидкостью пар обогащается легколетучими (низкокипящими) компонентами - НК, а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами - ВК. Жидкость и пар движутся противотоком: пар - вверх, жидкость - вниз, поэтому при достаточно большой высоте колонны в её верхней части можно получить практически чистый целевой компонент. В зависимости от процесса, таковым компонентом может быть либо вещество, либо азеотропная смесь.
В зависимости от температур кипения разделяемых жидкостей ректификацию проводят под разным давлением: атмосферным - для кипящих при 30-150 °С, выше атмосферного - для жидкостей с низкими температурами кипения, например, сжиженных газов, в вакууме - для снижения температур кипения высококипящих. Ректификацию можно осуществлять непрерывно или периодически. Колонны для непрерывной ректификации состоят из двух ступеней: верхней - укрепляющей, где пар "укрепляется" - обогащается НК, и нижней - исчерпывающей, где жидкая смесь исчерпывается - из неё извлекаются НК и она обогащается ВК. При периодической ректификации в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.
Тарельчатая ректификационная колонна состоит из отдельных, связанных между собой элементов: тарелок колонн, дефлегматора и куба испарителя.
В среднюю часть колонны поступает подлежащая ректификации смесь F, нагретая до температуры tF. Смесь может подаваться в колонну в виде жидкости, паров или смеси паров и жидкости. При входе сырья в колонну происходит процесс однократного испарения, в результате которого образуются пары состава у*F и жидкость состава х*F, находящиеся в равновесии.
Для обеспечения ректификации необходимо в верхней части колонны навстречу парам организовать поток жидкости R (флегмы, орошения). Для этого на верху колонны тем или иным образом отнимается тепло. За счет этого часть паров, поднимающихся с верхней тарелки, конденсируется, образуя необходимый нисходящий поток жидкости.
В нижней части колонны нужно обеспечить восходящий поток паров. Для этого вниз колонны тем или иным образом подводится тепло. При этом часть жидкости, стекающей с нижней тарелки, испаряется, образуя поток паров.
Отбираемый сверху колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом (или дистиллятом), - а снизу колонны W, обогащенный ВКК, - остатком (или нижним продуктом).
Та часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания, или эвапорационным пространством, часть ректификационной колонны, находящаяся выше ввода сырья - верхней, концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода сырья - нижней, отгонной или исчерпывающей. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации.
6. Охрана окружающей среды
Бензол и толуол пожароопасны, легковоспламеняющиеся жидкости. Концентрационные пределы взрываемости паровоздушной смеси 1,3--6,7 %.
Обладают слабым наркотическим действием. Пары толуола могут проникать через неповрежденную кожу и органы дыхания, вызывать поражение нервной системы (заторможенность, нарушения в работе вестибулярного аппарата), в том числе необратимое. Поэтому работать с толуолом и растворителями, в состав которых он входит, необходимо в прочных резиновых перчатках в хорошо проветриваемом помещении или с использованием вытяжной вентиляции.
Согласно другим источникам, толуол является сильно токсичным ядом, влияющим на функцию кроветворения организма, аналогично бензолу. Нарушение кроветворения проявляется в цианозе и гипоксии. Существует также толуольная токсикомания. В целом, толуол, как и другие гомологи бензола, токсичен, его длительное воздействие на организм может привести к необратимым поражениям ЦНС, кроветворных органов и создать предпосылки для возникновения энцефалопатии. Опыты на крысах не выявили рисков увеличения числа опухолей при долговременном воздействии толуола. Однако данные о канцерогенном воздействии на человека в настоящее время отсутствуют, и Агентство по охране окружающей среды относит толуол к канцерогенам группы D ("недостаточно данных для классификации").
Охрана труда.
ПДК бензола в воздухе рабочей зоны установлена равной 5 мг/м 3 (среднесменная за 8 часов) и 15 мг/м 3 (максимально-разовая). Однако по данным ряда исследований, порог восприятия запаха этого вещества может быть гораздо выше ПДК.
Для защиты от бензола следует использовать значительно более эффективные изменение технологии и средства коллективной защиты.
Бензол экологически небезопасное вещество, токсикант антропогенного происхождения. Основными источниками бензола, поступающего в окружающую среду со сточными водами или выбросами в атмосферу, являются нефтехимические и коксохимические промышленные предприятия, производство топлива и транспорт.
Из водоёмов бензол легко улетучивается, способен к трансформации из почв в растения, что несёт серьёзную угрозу экосистемам. Бензол обладает свойством кумуляции, вследствие своей липофильности он способен депонироваться в клетках жировой ткани животных, тем самым отравляя их. При очень высоких концентрациях - почти мгновенная потеря сознания и смерть в течение нескольких минут. При меньших концентрациях - возбуждение, подобное алкогольному, затем сонливость, общая слабость, головокружение, тошнота, рвота, головная боль, потеря сознания. Наблюдаются также мышечные подёргивания, которые могут переходить в тонические судороги. Зрачки часто расширены, не реагируют на свет. Дыхание сначала учащено, затем замедлено. Температура тела резко снижается. Пульс учащенный, малого наполнения. Кровяное давление понижено. Известны случаи сильной сердечной аритмии.
Иногда при тяжёлых отравлениях развиваются симптомы нервных заболеваний: повышение сухожильных рефлексов, двусторонний клонус, положительный симптом Бабинского, расстройство глубокой чувствительности, псевдотабетические расстройства с парестезиями, атаксией, параплегией и двигательными нарушениями (признаки поражения задних столбов спинного мозга и пирамидных путей).
При остром отравлении бензолом (парами бензола) пострадавшего необходимо в первую очередь вынести на свежий воздух, в случае остановки дыхания проводят искусственное дыхание до нормализованного, в качестве стимуляторов дыхания применяют кислород и лобелин. Применение адреналина в качестве аналептика категорически запрещено!
Вывод
В курсовой работе по теме "Рассчитать и спроектировать тарельчатую ректификационную колонну для разделения бинарной смеси бензол-толуол, производительностью F=20 т/ч. Исходные данные: ХF = 17%; ХР=93%; ХW=2%; tF=29°С; Р = 0,38 МПа" была спроектирована ректификационная колонна, определены её размеры.
Мною были произведены расчёты:
- технологический расчёт;
- гидравлический расчёт.
Пояснительная записка была написана на основании содержания.
Выполняя курсовую работу по предмету "Процессы и аппараты химической технологии" я получил много знаний о процессе ректификации и об устройстве ректификационных колонн. Думаю, приобретенные при выполнение работы навыки понадобятся мне в будущей моей учебе.
Литература
1. Бензол // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред. А.М. Прохоров. - 3-е изд. - М. : Советская энциклопедия, 1969--1978.
2. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Под ред. Дытнерского Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/, М.:Химия, 1991.
3. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение 1981. - 382 с.
4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. Л.:Химия, 1987
5. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 1,2 - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. - 852 с.
6. Омельяненко Л.М. и Сенкевич Н.А. Клиника и профилактика отравлений бензолом. - М., 1957.
7. Toxicological Profile for Toluene (ver. September 2000) // ATSDR
8. Иоффе. И.Л Проектирование процессов и аппаратов химически технологии учебник для техникумов Л.Х 1991.