Сущность ректификации - раздел Философия, Химическая технология Ректификацией Называют Процесс Переноса Компонентов Межд...
Ректификацией называют процесс переноса компонентов между кипящей жидкой и насыщенной конденсирующейся паровой фазами при противотоке этих фаз. Или другими словами, ректификацию можно трактовать как совмещение процессов многократной дистилляции и многократной конденсации при противоточном контактировании потоков пара и жидкости. При таком проведении процессов перегонки появляется возможность использования при каждой упомянутой операции теплоты конденсации пара для испарения жидкости – путём непосредственного контактирования паровой и кипящей жидкой фаз.
При чередовании по схеме противотока операций частичной конденсации паровой и испарения (дистилляции) жидкой смесей можно получить выходы НК и ВК, примерно соответствующие их содержанию в исходной смеси.
В процессе ректификации подводимая извне теплота затрачивается только в кипятильнике — в низу колонны однократно для частичного испарения жидкой смеси с получением начального потока пара в обогревающем устройстве в нижней части ректификационного аппарата (чаще всего — колонны). Теплота конденсации паров также отводится только в конденсирующем устройстве — в верхней части ректификационного аппарата.
Сущность ректификации как явления удобно рассмотреть на примере пуска колонны применительно к разделению бинарной смеси. Схема ректификационного агрегата показана на рис. 33, а, ей соответствует диаграмма t—х,у для разделяемой смеси (рис. 33, б). Колонну 1 будем считать адиабатической: она хорошо изолирована в тепловом отношении, так что потери теплоты в окружающую среду отсутствуют.
В нижней части колонны находится куб 2 с обогревающим устройством. На выходе паров сверху колонны расположен конденсатор 3.
Пусть в куб залита бинарная жидкая смесь с содержанием НК х0, нагреем ее до температуры кипения tж° и начнем испарять. Пары, обогащенные НК, состава у (примем для простоты, что они равновесны кубовой жидкости, их температуры одинаковы, т.е. t' = tж°) поднимаются вверх, выходят из колонны и полностью конденсируются в конденсаторе до состояния кипящей жидкости. Эта жидкость, естественно, имеет состав х' = у', но ее температура кипения tж’ < tп' (см. рис. , б). Она возвращается в колонну, стекает вниз и на тарелке № 1 контактирует с восходящим потоком пара того же состава. Пар имеет более высокую температуру, чем жидкость; поэтому на тарелке № 1 происходит интенсивный теплообмен (прямой контакт, высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации и кипении),
| Рис. 33. Противоточное контактирование паровой и жидкой фаз (идеализированный процесс): а – схема ректификационного аппарата (1 – колонна, 2 – кипятильник, 3 – конденсатор); б – процесс ректификации на диаграмме t – x, y
|
сопровождающийся массообменом между жидкой и паровой фазами. В результате пар конденсируется (реально — частично), выделяется теплота конденсации, и за ее счет частично испаряется жидкость. Подчеркнем: на тарелке № 1 (см. рис. 33, а) жидкость обогащена НК в сравнении с кубовой жидкостью (х’ > х0); поэтому при ее испарении получается пар, еще более обогащенный НК (у" > у', его температура t" < 4,'). Образовавшийся пар поднимается вверх, конденсируется в конденсаторе, откуда жидкость состава х" = у" при температуре кипения t" возвращается в колонну. На тарелке № 2 (рис. 33, а) жидкость встречается с паром того же состава. И поскольку температура пара выше, нежели жидкости, то и здесь происходит акт конденсации — испарения с получением пара с более высоким содержанием НК: у'" > у".
Так постепенно за счет противоточного контакта фаз на тарелках (в случае насадочной колонны — на поверхности насадки) снизу вверх нарастают концентрации НК в паре и жидкости; этот эффект и лежит в основе процесса ректификации.
После установления требуемой концентрации НК (чистоты) на верху колонны, верхний продукт может отбираться в качестве целевого. Но если отбирать весь верхний продукт, то жидкая фаза перестанет стекать по колонне противотоком к пару, и процесс ректификации будет нарушен. Поэтому после конденсации верхний продукт отбирается лишь частично, предусматривается возврат определенной части конденсата на орошение колонны для поддержания противоточного контакта фаз.
В отличие от дистилляции при ректификации имеет место двунаправленный процесс переноса компонентов: НК из жидкой фазы в паровую и ВК — в обратном направлении.
Все темы данного раздела:
Краткие сведения по истории развития химической технологии
История химической технологии неотделима от истории химической промышленности. Возникновение в Европе мануфактур и промыслов по получению основных химических продуктов следует отнести к 15 веку, ко
Гидростатика. Понятие давления
Гидростатика изучает жидкости в абсолютном и относительном покое. Кардинальная проблема этого раздела, лежащая в основе ряда конкретных задач – определение давления в произвольной точке техн
Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера
На жидкость, находящуюся в покое, действуют сила тяжести и сила гидростатического давления. Соотношение между силами, действующими на жидкость, которая находится в состоянии покоя, определяющее усл
Основное уравнение гидростатики
Для получения закона распределения давления во всём объёме покоящейся жидкости необходимо эту систему уравнений проинтегрировать. После интегрирования уравнений (2.1) и (2.2) выясняется, что значен
Гидростатические машины
Рис. 3. Гидравлический пресс. 1- малый поршень; 2 –
Приборы для измерения давления
В технике для измерения давления применяют манометры, вакуумметры, пьезометры. Простейшим прибором является пьезометр – открытая, обычно стеклянная трубка (рисунок 4а). Чтобы избежать влияни
Основные характеристики движения жидкости
Рассмотрим движение жидкости по трубе постоянного сечения.
Количество жидкости, протекающее через всё поперечное сечение трубопровода или аппарата в единицу времени, называется
Дифференциальные уравнения движения Эйлера
Выведем дифференциальные уравнения движения Эйлера для установившегося во времени потока идеальной жидкости,
Движение жидкости является установившимся или стационарным, если скорость части
Уравнение Бернулли для идеальных жидкостей
Для вывода уравнения Бернулли необходимо преобразовать и проинтегрировать дифференциальные уравнения движения Эйлера, чтобы перейти от элементарного объёма ко всему объёму жидкости. Сначала раздели
Уравнение Бернулли для реальных жидкостей
При движении реальной жидкости её гидродинамический напор Н (или сумма потенциальной и кинетической энергии потока) не остаётся постоянным, так как частицы жидкости встречают сопротивление,
Дифференциальное уравнение неразрывности потока
Рассмотрим жидкость, текущую без пустот и разрывов и при отсутствии источников массы. Выделим в объёме жидкости элементарный параллепипед объёмом dV = dxdydz, рёбра которого ориентированы па
Режимы движения жидкости
Рядом исследователей (Хеганом в 1869 г., Менделеевым в 1880 г., Рейнольдсом в 1883 г.) было замечено, что существует два принципиально разных режима движения жидкости. Наиболее полно этот вопрос бы
С помощью гидродинамических трубок
Для определения расхода необходимо измерить динамический напор, а затем рассчитать значение скорости. Непосредственное определение динамического напора осуществляют при помощи гидродинамических тру
С переменным перепадом давления
Принцип действия приборов с переменным перепадом давления основан на том, что на пути движения жидкости или газа ставят преграду с отверстием.
Определение расхода газа или жидкости приборами с постоянным перепадом
Действие этих приборов основано на уравновешивании силы тяжести поплавка силой, развиваемой давлением восходящего потока жидкости или газа. При этом удельный вес поплавка должен быть больше удельно
Скорость осаждения. Закон Стокса
Рассмотрим осаждение твёрдой шарообразной частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести G: G = mg. Если отсутствует сопротивление среды, то скорость осаждения частицы w
Центрифугирование
Проводя процесс разделения гетерогенных систем под действием центробежных сил, можно существенно интенсифицировать его по сравнению с отстаиванием благодаря увеличению движущей силы.
Для с
Фильтрация
- это процесс разделения суспензий, пылей или туманов путём пропускания их через пористую перегородку (фильтр), способную задерживать взвешенные в дисперсионной среде частицы. В качестве материала
Псевдоожижение
Псевдоожижение – процесс приведения твёрдого зернистого материала в состояние, при котором его свойства приближаются к свойствам жидкости. Псевдоожиженные системы способны прин
Основы теплопередачи
Большинство процессов химической технологии протекает в заданном направлении только при определённой температуре, которая достигается путём подвода или отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы,
Виды распространения тепла
Перенос теплоты является сложным процессом, поэтому при изучении тепловых процессов его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучени
Тепловые балансы
Тепловой поток Q обычно определяют из теплового баланса. При этом в общем случае (без учёта потери теплоты в окружающую среду)
Q = Q1 = Q2, или Q = G
Основное уравнение теплопередачи
Для расчёта теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемое основным ур
Различные способы переноса тепла
Теплопроводность. Величину теплового потока Q, возникающего в теле вследствие теплопроводности при некоторой разности температур в отдельных точках, определяют
Теплопередача
В основе приближенных расчетов процессов теплообмена лежит уравнение переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку при условии постоянных и изменяющихся вдоль п
Подвод тепла. Нагревающие агенты
Нагревание является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии. Нагревание необходимо для ускорения многих химических реакций, а также для выпаривания, перегонки, сушки и
Виды массообменных процессов
Наибольшее распространение получили следующие процессы:
Абсорбция– избирательное поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями (абсорб
Способы выражения составов фаз
При изучении массообменных процессов приходится иметь дело со смесью различных компонентов, находящихся в жидкой или паровой фазе. Свойства такой смеси зависит от её состава, т.е. относительного со
Правило фаз Гиббса
При взаимодействии фаз системы происходит обмен веществом и энергией; такой массо- и теплообмен идет через поверхность раздела фаз, стремясь достигнуть состояния равновесия, при котором скорость пе
Фазовое равновесие, линия равновесия
Рассмотрим процесс массопередачи, в котором аммиак, представляющий собой распределяемый компонент, поглощается из его смеси с воздухом чистой водой.
Обозначим: Фх – жидка
Материальный баланс. Рабочая линия
Рабочие концентрации распределяемого вещества не равны равновесным, и в действующих аппаратах никогда не достигают равновесных значений. Зависимость между рабочими концентрациями распределяемого в
И направление переноса вещества из фазы в фазу
В общем случае: движущей силой массообменных процессов является отклонение данной системы от состояния равновесия.
Со стороны газовой фазы: движущей силой процесса является разность между
Фазовые диаграммы
Если система состоит из двух компонентов (К=2) и между ними не происходит химического взаимодействия, то при наличии жидкой и паровой фаз число фаз Ф=2. Согласно правилу фаз, число ст
Разновидности простой перегонки
Обычно процесс простой перегонки проводят периодически, хотя в принципе этот процесс можно организовать и непрерывным.
При периодической перегонке жидкость постепенно испаряется, и образую
Общая оценка процессов дистилляции
Чаще дистилляцию применяют в промышленности в тех случаях, когда не требуется высокой чистоты продукта. Высокие концентрации низкокипящего компонента можно получить лишь при большой разнице в темпе
Аппаратурное оформление процессов ректификации
Ректификация, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз, поэтому аппараты для ректификации должны обеспечивать развитую поверхность контакта между паровой и жидкой ф
Ректификационные колонны
со ступенчатым контактом фаз -
представляют собой колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещают горизонтальные перегородки –
Укрепляющей и исчерпывающей частей колонны
Для получения уравнений рабочих линий используем общее для всех массообменных процессов уравнение, выразив применительно к ректификации все входящие в него величины.
Уравнение рабочей лини
Минимальное и действительное (рабочее) флегмовое число
При заданном составе дистиллята хр величина отрезка В (см. рис. 45), отсекаемого рабочей линией укрепляющей части колонны на оси ординат, зависит только от флегмового числа
Графический метод определения числа теоретических тарелок
Одной из основных целей расчета колонны является определение числа тарелок, необходимых для разделения данной смеси, состава а на ректификат и остаток заданных качеств (ур
Особенности ректификации многокомпонентных смесей
Для разделения n-компонентной смеси требуется (n — 1) колонн, однако число возможных вариантов технологических схем с расчетом числа продуктов и способов их получения увеличивается эк
Новости и инфо для студентов