Coloană cu umplutură

CAPITOLUL 1

Tema de proiectare

Să se proiecteze o instalaţie continuă de separare prin rectificarea unui amestec ternar conform schemei:

A

AB

B

ABC

C

In care:

- A(1) – Metanol

- B(2) – Etanol

- C(3) – Butanol

Date de proiectare:

- Debitul componentilor alimentarii: F=40000 t/an;

- Compozitia alimentarii: xF1=0.3; xF2=0.3; xF3=0.4

xD1=0.5884; xD2=0.3703; xD3=0.0413;

- Gradele de separare a componentilor usor si greu volatili: su=0.95

sg=0.95

- Starea termica a alimentarii:

- Pentru amestecul ternar qt=1;

- Pentru amestecul binar qb=1.05;

- Tipul utilajului:

- pentru coloana binara: utilaj cu umplutura;

- Presiunea de operare a coloanei ternare: pD=1 atm;

- Presiuni orientative in coloana binara: pD=760 mmHg;

pF=780 mmHg;

pW=820 mmHg;

- Debitul componentilor amestecului binar: D=45.6235kmol/h;

- Numarul de ore de functionare: τ =8000 h/an.

CAPITOLUL 2

Justificare

Realizarea acestui proiect are ca scop dimensionarea unei instalaţii de rectificare a unui amestec ternar alcătuit din metanol, etanol si butanol. Separarea se realizeaza in doua coloane de rectificare, prima coloană fiind utilizată pentru separarea amestecului ternar, indepărtându-se butanolul după care se utilizeaza o coloana binara pentru separarea amestecului omogen rămas alcătuit din metanol si etanol. Prin proiectare acestor coloane de rectificare se urmareste reducerea costurilor si anume:

• Reducerea costurilor legate de utilitari;

• Reducerea costurilor de amortizare a instalatiei prin utilizarea unor materiale de constructie ieftine, prin utilizarea coloanei la reflux optim si prin intensificarea proceselor in interiorul utilajelor;

• Reducerea costurilor de productie

De asemenea s-au urmărit aspecte generale cum ar fi:

-dacă unul dintre cele două lichide este la presiune înaltă, el va trece prin ţevi, pentru a evita îngroşarea mantalei.

-fluidul coroziv va curge prin ţevi, pentru a feri mantaua de coroziune;

-porţiunea cuprinsă între talerul de alimentare şi vârful coloanei este zona de concentrare;

- porţiunea cuprinsă între talerul de alimentare şi vârful blazul coloanei este zona de epuizare.

Calculul coloanelor de rectificare a amestecurilor multiple, indiferent de metoda utilizată, necesită, ca şi în cazul amestecurilor binare, cunoaşterea unor parametrii caracteristici cum ar fi: numărul minim de talere, refluxul minim,compozitia distilatului respectiv a reziduului, pozitia talerului de alimentare etc.

Coloanele de separare utilizate intră în categoria utilajelor cu contactare în trepte, contactare realizata in urma unei succesiuni de dispozitive numite talere pe care vaporii şi lichidul le parcurg în contra curent. Orice metoda de calcul utilizata la dimensionarea coloanelor de rectificare necesita precizarea compozitiei distilatului si reziduului.

La amestecurile multiple pentru definirea separării in două fracţiuni se utilizează aşa-numiţii componenţi cheie.

Instalaţia este formată din coloana de rectificare prevăzută cu condensator de distilat, refierbător si schimbătoare de căldura tubulare(preîncălzitor de alimentare a coloanei, răcitor de distilat, si răcitor de reziduu). Încălzirea se face cu abur saturat, iar răcirea cu apă.

Softul cu care am realizat acest proiect este Mathcad 13

CAPITOLUL 3

Proprietatile fizice ale componentilor

amestecului si fazelor

3.1. Caracterizarea amestecului

Determinarea coeficienţilor de activitate

Relaţia dintre coeficienţii de activitate si compoziţia unui sistem cu mai mulţi componenţi este data de ecuatia termodinamică exacta lui Gibbs-Duhem:

Pe baza acestei ecuaţii si a unor ipoteze suplimentare au fost propuse ecuaţii pentru determinarea coeficienţilor de activitate. Cele mai des folosite sunt ecuaţiile lui Margules si ecuaţiile lui van Laar.

a) Ecuaţiile lui Margules:

A1,2 si A2,1 sunt constante care pot fi obtinute din determinări experimentale, cand se cunoaste cel putin o valoare a coeficienţilor de activitate si cu ajutorul ecuaţiilor: