Аппаратурное оформление процессов ректификации - раздел Философия, Химическая технология Ректификация, Как И Другие Процессы Массопередачи, Протекает На Поверхности Р...
Ректификация, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз, поэтому аппараты для ректификации должны обеспечивать развитую поверхность контакта между паровой и жидкой фазой. Для проведения процессов ректификации применяются почти исключительно аппараты колонного типа. По характеру взаимодействия паровой и жидкой фаз ректификационные колонны можно разделить на две основные группы:
— со ступенчатым (дискретным) контактом фаз;
— с непрерывным контактом фаз.
Ректификационные колонны с непрерывным контактом фаз - в них жидкость стекает в виде плёнки – либо по поверхности насадки (насадочные колонны), либо по внутренней или наружной поверхности вертикальных труб (плёночные аппараты), а пар в виде сплошного потока поднимается вверх через свободный объём насадки или внутри вертикальных труб.
1. Пленочные колонны. В пленочных колоннах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкости, текущей в виде пленки по твердой вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся: трубчатые колонны; колонны с плоскопараллельной или листовой насадкой; колонны с восходящим движением пленки жидкости.
Трубчатая колонна (рис. 36) по устройству аналогична кожухотрубчатому теплообменнику.
Рис. 36. Трубчатая колонна
Жидкость поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде пленки. Пар движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке.
Колонна с плоскопараллельной насадкой(рис. 37): пакет листовой насадки 1 в виде вертикальных листов из различных материалов (металл, пластмасса, натянутые на каркас ткань, пленка и т.п.) помещают в колонну. В верхней части колонны находится распределительные устройства 2 для обеспечения равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.
Пленочная колонна с восходящим движением пленки (рис. 38) состоит из пучка труб 1, закрепленных в трубчатых решетках 2. Пар проходит через распределительные патрубки 4, расположенные соосно с трубами 1. Жидкость поступает в трубы через щели 5 (см. узел Б). Движущийся с достаточно большой скоростью пар увлекает с собой жидкую пленку снизу вверх, т.е. колонна работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб 1, жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из колонны.
Рис. 38. Пленочный абсорбер с восходящим движением пленки
2. Насадочные колонны. Насадочная колонна (рис. 39) представляет собой колонну 1, заполненную насадкой 3 – твердыми телами различной формы. Насадка укладывается на опорные решетки 4 с отверстиями. В этих колоннах жидкость течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, а пар в виде сплошного потока поднимается вверх через свободный объём насадки. Поэтому поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки. Однако равномерного распределения жидкости по всей высоте насадки по сечению колонны не достигается, что объясняется пристеночным эффектом. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому часто насадку в колонну загружают секциями, а между секциями устанавливают перераспределители жидкости 5 (рис. 39, б).
Гидродинамические режимы в насадочных колоннах:
1) Пленочный режим – наблюдается при небольших плотностях орошения на малых скоростях газа. В этом режиме отсутствует влияние парового потока на скорость стекания жидкой пленки по насадке, и, следовательно, на количество удерживаемой в насадке жидкости.
2) Режим подвисания (или торможения) – повышение скорости пара приводит к затормаживанию жидкости газовым потоком, т.е. скорость течения пленки жидкости уменьшается. Следовательно, увеличивается толщина пленки и количество удерживаемой жидкости в насадке. В режиме подвисания с увеличением скорости пара нарушается спокойное течение пленки жидкости, появляются завихрения, брызги, увеличивается смоченная поверхность насадки и, соответственно, интенсивность процесса массопередачи.
3) Режим эмульгирования – возникает при еще больших скоростях пара. В результате происходит накопление жидкости в свободном объеме насадки до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне паром не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке. При этом наступает обращение, или инверсия, фаз (жидкость становится сплошной фазой, а пар – дисперсной). Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн вследствие увеличения площади контакта фаз. Однако, увеличение эффективности сопровождается резким увеличением гидравлического сопротивления.
Рис. 39. Насадочная колонна
Выбор насадки.Для того, чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Большая поверхность в единице объёма;
2. Хорошее смачивание орошающей жидкостью;
3. Малое гидравлическое сопротивление паровому потоку;
4. Равномерное распределение орошающей жидкостью;
5. Стойкость к химическому воздействию разделяемой смеси;
6. Малый удельный вес;
7. Высокая механическая прочность;
8. Невысокая стоимость.
В промышленности используют большое число разнообразных по форме и размерам насадок, изготовленных из различных материалов (металла, керамики, пластических масс и др.) (рис. 40). По способу размещения насадки выделяют 2 группы: нерегулярная насадка – загружают в аппарат навалом; регулярная насадка – характеризуется упорядоченным расположением элементов.
Нерегулярная насадка
Регулярные насадки
Рис. 40. Типы насадок.
К основным достоинствам насадочных колонн относится простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление, а к недостаткам – сложность подвода теплоты, плохую смачиваемость при низких плотностях орошения, большие объёмы насадки вследствие недостаточно высокой её эффективности (по сравнении с тарельчатыми аппаратами).
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ... ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ... ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Аппаратурное оформление процессов ректификации
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
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
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.
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
Сущность ректификации
Ректификацией называют процесс переноса компонентов между кипящей жидкой и насыщенной конденсирующейся паровой фазами при противотоке этих фаз. Или другими словами, ректификаци
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
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов