Instalație de Separare prin Rectificare a Amestecului Lichid Omogen acetonă-benzen

Titlul proiectului

Instalaţie de separare prin rectificare a amestecului lichid omogen acetonă-benzen.

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 de acetonă şi benzen;

- debitul amestecului de alimentare: 1700 kg/h;

- concentraţia amestecului de alimentare: 59 % moli component uşor volatil;

- concentraţia distilatului: 90,25 % moli component uşor volatil;

- concentraţia reziduului: 1,2 % moli component uşor volatil;

- temperatura amestecului de alimentare in rezervor: 20°C;

- agent de încălzire: abur saturat uscat cu presiunea de 5 ata.

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

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

Capitolul 1. Procesul tehnologic adoptat

1.1. Alegerea tehnologiei de separare

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

O instalaţie de rectificare este formată din următoarele elemente principale:

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

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

Vaporii rezultaţi prin fierberea lichidului din blaz au debitul V şi circulă ascendent prin coloană. După condensare, o parte din lichidul rezultat se introduce la vârful coloanei. Acest lichid se numeşte reflux, are debitul L şi concentraţia xD. Restul de condensat se evacuează continuu sub formă de distilat cu debitul D 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 coloanei. Cea mai mică temperatură este pe talerul de la vârful coloanei, unde exista preponderent component greu volatil. Pe fiecare taler, lichidul se află la temperatura de fierbere corespunzătoare concentraţiei x, iar vaporii sunt la temperatura de condensare corespunzătoare concentraţiei y.

Considerăm un taler oarecare din zona de concentrare notat cu n in fig 1.1. Pe acest taler, vin în contact vaporii proveniţi de pe talerul n+1 cu lichidul care se scurge de pe talerul superior n-1.

Datorită variaţiei temperaturii şi concentraţiei în lungul coloanei, apar inegalităţile:

Tn-1<Tn<Tn+1

xn-1>xn>xn+1

yn-1>yn>yn+1

Deoarece temperatura vaporilor este mai ridicată decât a lichidului, respectiv Tn+1> Tn-1, are loc un transfer de caldură de la vapori la lichid până la atingerea temperaturii Tn. Vaporii condensează parţial, cedând caldură latentă de condensare. În amestecul care condensează, componentul greu volatil este preponderent. Lichidul preia căldura latentă cedată de vapori şi se vaporizează parţial. În amestecul de lichid care se vaporizează este preponderent componentul uşor volatil. În acest mod, concentraţia componentului uşor volatil în faza de vapori creşte de la yn+1 la yn, iar în fază lichidă scade de la xn-1 la xn(fig. 1.2). Acest mecanism se repetă pe fiecare taler. Ca urmare, vaporii se imbogăţesc treptat în component uşor volatil, iar lichidul în component greu volatil.

Rezultatul este că lichidul de alimentare a fost separat în interiorul coloanei în două fracţiuni: produsul de vârf, foarte bogat în component uşor volatil şi produsul de blaz, foarte bogat în component greu volatil.