Instalație de Separare a Amestecurilor Lichide Omogene prin Rectificare Continuă

TEMA DE PROIECTARE

Să se elaboreze proiectul de inginerie tehnologică pentru o instalaţie de separare a amestecurilor lichide omogene prin rectificare continuă.

Se dau următoarele date necesare pentru proiectare:

- Materia primă: amestec binar tetraclorură de carbon – toluen;

- Debitul amestecului la alimentare: 3000 kg/h;

- Concentraţia amestecului la alimentare: 36,5 % moli component uşor volatil;

- Concentraţia distilatului: 96,2 % moli component uşor volatil;

- Concentraţia reziduului: 2,4% moli component uşor volatil;

- Temperatura amestecului de alimentare în rezervor: 200C;

- Agent termic de încălzire: abur saturat uscat cu temperatura 6 ata.

Instalaţia de rectificare continuă este amplasată într-o secţie a unei întreprinderi de profil şi este racordată la reţelele de utilităţi existente în întreprindere.

Instalaţia poate fi automatizată complet şi funcţionează în regim continuu 330 zile anula în trei schimburi a câte 8 ore.

Capitolul 1. PROCESUL TEHNOLOGIC ADOPTAT

1.1. Alegerea tehnologiei de separare

Pentru separarea amestecului lichid omogen se alege operaţia de rectificare continuă.

Rectificarea sau fracţionarea constă într-o succesiune de evaporări şi condensări însoţite de transfer termic şi de masă într-o fază lichidă şi o fază de vapori aflate în contact. Operaţia se desfăşoară în utilaje specifice numite coloane de rectificare, care pot fi coloane cu talere sau coloane cu umplutură. Operaţia poate fi condusa în regim continuu sau discontinuu.

Rectificarea continuă este o operaţie în regim staţionar; amestecul care trebuie separat în componenţii săi prin rectificare intră cu debit constant şi cu temperatură constantă în coloana de rectificare; cele două fracţiuni rezultate ies din coloană de asemenea cu debite şi temperaturi constante; în orice punct al coloanei de rectificare, debitele, concentraţiile, temperatura şi presiunea rămân constante după ce coloana a intrat în regimul normal de fracţionare.

O coloană de rectificare este astfel construită, încât să realizeze un con¬tact cât mai bun între cele două faze: vaporii şi refluxul (lichidul), pentru ca schimbul de căldură şi de masă între faze să apropie fazele cât mai mult de starea de echilibru termodinamic.

Principiul rectificării continue în coloane cu talere

O instalaţie de rectificare este formată din următoarele elemente principale (figura 1):

- O coloană cu talere în care se introduce continuu lichid de alimentare cu debitul F şi concentraţia XF, pe un anumit taler, numit taler de alimentare;

- Un condensator în care sunt condensaţi vaporii rezultaţi la vârful coloanei, fără să se facă răcirea condensului;

- Un fierbător plasat în blazul coloanei sau în exteriorul acesteia, care are rolul de a vaporiza lichidul de la partea inferioară a coloanei.

Figura 1 – Schema instalaţiei de rectificare

Vaporii rezultaţi prin fierberea lichidului din blaz au debitul V şi circulă ascendent prin coloană. După condensare, o parte din lichidul rezultat se reintroduce la vârful coloanei. Acest lichid se numeşte reflux, are debitul L şi concentraţia XD.

Talerul de alimentare împarte coloana în două zone: zona de concentrare - între talerul de alimentare şi vârful coloanei şi zona de epuizare – între talerul de alimentare şi blazul coloanei. Lichidul circulă prin coloană în sens descendent, având în zona de concentrare debitul L, iar în zona de epuizare debitul L+F. Pe la partea inferioară a coloanei se evacuează continuu debitul de reziduu W, cu concentraţia XW.

Prin coloană circulă în contracurent cele două faze, care vin în contact pe fiecare taler unde are loc transferul termic şi de masă între ele. Concentraţiile şi temperaturile celor două faze variază de-a lungul colonei. Cea mai mică temperatură este pe talerul din vârful coloanei, unde există preponderent component uşor volatil, iar cea mai mare temperatură – la blazul coloanei, unde există preponderent component greu volatil.