Operații de transfer de masă - proiectarea unei coloane de rectificare

Capitolul 1. Tema de proiectare

1.1. Prezentarea temei

Sa se proiecteze o coloana de rectificare continua a unui amestec lichid, omogen format din metanol si apa.

Datele de proiectare necesare sunt:

Debitul de alimentare =3,0 T/h

Compozitia amestecului de alimentare xF = 40 % molare

Compozitia distilatului xD = 98 % molare

Compozitia reziduului xW = 2 % molare

Presiunea de lucru la varful coloanei p = 1 atm

Instalatia de rectificare lucreaza la presiune atmosferica. Este complet automatizata si functioneaza in regim continuu 300 [zile/an].

1.2. Schema bloc si modul de operare

Procedeul tehnologic de separare a sistemului lichid, omogen format din metanol si apa cuprinde urmatoarele operatii distincte: separare prin rectificare, vaporizare, recuperare caldura, preincalzire, condensare, racire.

Amestecul initial, , este incalzit pana la temperatura de fierbere in doua etape:

- se recupereaza caldura reziduului evacuat din blazul coloanei;

- incalzirea se realizeaza cu abur.

In blazul coloanei de rectificare amestecul este vaporizat folosind abur.

Coloana de rectificare este in legatura cu fierbatorul din blaz in care se aduce caldura necesara vaporizarii amestecului.La varful coloanei rezulta vapori care trec la condensare.In urma condensarii rezulta un lichid care se imparte in doua : o parte reprezinta distilatul, iar cealalta parte se reintroduc in coloana ca reflux.Distilatul este racit si apoi depozitat.

Pentru condensarea vaporilor si racirea distilatului se foloseste apa ca agent termic.

Schema bloc a instalatiei de separare prin rectificare a sistemului metanol – apa este prezentata in figura 1.1.

1.3. Utilaje ce urmeaza a fi proiectate

Se vor proiecta si analiza comparative doua tipuri de coloana de rectificare:

• Coloana cu talere si clopotei;

• Coloana cu umplutura;

Se vor estima schimbatoarele de caldura utilizate ca fierbator si condensator.

O coloana de rectificare este un cilindru vertical,prevazut in interior cu dispozitive de contactare a celor doua faze, care au rolul de a mari aria interfaciala de contact si de a intensifica transferul de caldura si de masa.

Datorita performantelor superioare din punct de vedere al eficacitatii transferului de masa si al domeniului de operare, mai utilizate sunt clopotele cu talere si clopotei, pe care lichidul curge transversal.Curgerea transversala a lichidului pe taler poate fi controlata prin schimbarea pozitiei, formei si dimensiunile deversoarelor pentru a se asigura o mai buna stabilitate in operare si un transfer de masa mai eficient.

Coloanele cu umplutura sunt utilaje de contactare diferentiala, ce se realizeaza pe umpluturi de diferite forme si dimensiuni.Coloana este construita dintr-un corp cilindric vertical, gratare cu rolul de sustinere a straturilor de umplutura, dispozitive pentru distribuirea si redistribuirea absorbantului.

Capitolul 2.

PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICATIE. PROCESUL ADOPTAT

2.1. Procesul de separare a amestecului omogen lichid

Separarea unui amestec omogen lichid se poate realiza prin distilare simpla, antrenare cu vapori, distilare extractiva, distilare azeotropa, extractie, rectificare.

Distilarea este operatia de separare a unui sistem omogen lichid pe baza diferentei de volatilitate a componentilor sistemului.

Functie de proprietatile sistemului si ale componentilor acestuia si de gradul de separare dorit, exista mai multe variante de distilare:

• Distilarea simpla (diferentiala) se realizeaza prin vaporizarea partiala a amestecului aflat in blazul de distilare si condensarea vaporilor rezultati. Condensul obtinut va avea o concentratie a componentului usor volatil mai mare decat amestecul initial. Se utilizeaza ca metoda de separare in cazul in care volatilitatea relativa a componentilor din amestecul de separat este mare sau atunci cand nu se urmareste o separare avansata a componentilor. Distilarea simpla poate avea loc discontinuu sau continuu.

• Rectificarea - este de doua feluri continua si discontinua.Rectifcarea continua este o succesiune de vaporizari si condensari rezultate din schimbul de caldura si de masa intre faza vapori si refluxul lichid, care circula in contracurent prin coloana de rectificare.Rectificarea continua este o operatie in regim stationar; amestecul care trebuie separat in componentii sai intra in coloana de rectificare cu debit constant si temperatura constanta, iar cele doua fractiuni care rezulta din coloana au debite si temperaturi constante.