Графический метод определения числа теоретических тарелок
Графический метод определения числа теоретических тарелок - раздел Философия, Химическая технология Одной Из Основных Целей Расчета Колонны Является Определение Числа Тарелок, Н...
Одной из основных целей расчета колонны является определение числа тарелок, необходимых для разделения данной смеси, состава а на ректификат и остаток заданных качеств (ур и хw).
Теоретическая ступень (или тарелка) – это такая ступень, которая соответствует некоторому гипотетическому участку аппарата, на котором жидкость полностью перемешивается, а концентрации жидкой и паровой фаз являются равновесными.
Число тарелок может быть определено графическим или аналитическим путем. В первом случае необходимо иметь кривую равновесия фаз и рабочие линии для верхней и нижней частей колонны (рис. 46, а).
Рассмотрим определение числа тарелок для верхней части колонны. Пусть на нижнюю тарелку (на рис. 46, б, тарелка III) концентрационной части колонны поступают пары состава ут. Тогда состав жидкости x2, стекающей с нижней (III) тарелки укрепляющей части колонны, определится абсциссой точки а1, лежащей на рабочей линии и имеющей ординату ут. При идеальном контакте пары уIII, поднимающиеся с тарелки III, будут находиться в состоянии равновесия с жидкостью состава x2, и поэтому точка, характеризующая эти потоки, лежит па кривой равновесия фаз. Для нахождения её положения необходимо из точки а1 провести вертикаль до пересечения с кривой равновесия фаз в точке b1. Ордината этой точки и будет равна составу паровой фазы уIII. Состав встречных потоков паров и жидкости определяется рабочей линией, поэтому состав жидкости хII, стекающей с тарелки II, определится точкой пересечения горизонтали, проведенной из точки b1, с рабочей линией в точке а2. Абсцисса точки а2 и определяет состав жидкости хII, стекающей со второй (II) тарелки.
Рис. 46. Графическое определение числа теоретических тарелок для верхней части колонны.
Продолжая аналогичные построения ломаной a1b1a2b2a3b3 и т. д., получим составы паров, поднимающихся с любой тарелки концентрационной части колонны, которые определяются ординатами точек b1, b2, b3 и т. д.; абсциссы же этих точек определяют составы жидкости, стекающей с тарелок III, II и I. Очевидно, такое построение ломаной линии необходимо проводить до тех пор, пока горизонталь её но достигнет значения ординаты, равной составу ректификата ур.
В примере (рис. 46) требуемая концентрация паров ур достигается после четырех идеальных контактов, следовательно, в этом частном случае число теоретических тарелок в концентрационной части колонны должно быть равно четырем.
Таким образом, проведя ступенчатую линию между кривой равновесия фаз и рабочей линией от точки с ординатой ут до точки К, ордината которой ур соответствует составу ректификата, получим необходимое число теоретических тарелок, равное числу ступеней (на рис. 46, а, они заштрихованы). При этом ордината каждой горизонтали соответствует составу паров, поднимающихся с той или иной тарелки, а абсцисса каждой вертикали определяет состав жидкости, стекающей с тарелки.
При графическом построении числа тарелок последняя горизонталь b5 — a6 может занять положение выше точки К. Это свидетельствует о том, что пары, уходящие из колонны, будут содержать НК больше, чем это было принято для ректификата. При практических расчетах в этих случаях поступают по-разному. Можно несколько изменить количество орошения, тогда изменится положение линии концентрации и соответственно изменится число тарелок; можно оставить найденное число тарелок и не производить соответствующих перерасчетов, учитывая, что при этом получается некоторый запас.
Из проведенного графического определения числа тарелок видно, что это число зависит от положения рабочей линии. При увеличении количества орошения рабочая линия приближается к диагонали, а необходимое число тарелок уменьшается, и, наоборот, при уменьшении количества орошения рабочая линия приближается к кривой равновесия фаз, а необходимое число тарелок увеличивается. Очевидно, что минимальному числу тарелок в концентрационной части колонны будет соответствовать бесконечно большое количество орошения, рабочая линия при этом сольется с диагональю ОВ. На рис. 46, а, такое построение выполнено пунктирной линией.
При уменьшении веса орошения необходимое число теоретических тарелок будет увеличиваться и достигнет бесконечно большого значения.
Построение числа тарелок в укрепляющей части колонны можно вести, начиная от состава паров ут, поступающих на нижнюю тарелку концентрационной части; тогда построение заканчивается в точке К, определяющей состав ректификата. Можно начинать построение от точки К и закончить в точке а1соответствующей составу паров ут.
Число теоретических тарелок в исчерпывающей части колонны определяется аналогично. Для этого определяют состав жидкости хт, поступающей па верхнюю тарелку I исчерпывающей части колонны. Жидкость состава хт представляет собой смесь флегмы g2, стекающей из укрепляющей части колонны, и жидкой части неиспарившегося сырья g0.
Рис. 47. Графическое определение числа тарелок для нижней части колонны.
Отложив на оси абсцисс значение величины хт, проводим из этой точки вертикаль до пересечения ее с рабочей линией Мс1 в точке с1 (рис. 47, а). Ордината точки с1 определяет состав паров у2, поднимающихся с верхней (I) тарелки отгонной части колонны (рис. 47 б). Жидкость, стекающая с тарелки I, находится в равновесии с этими парами, и поэтому ее состав х1определяется точкой d1, в которой горизонталь, проведённая из точки с1, пересекается с кривой равновесия фаз (Т2 = tI; TII = tII; TIII = t3).
Для определения состава паров yII, поднимающихся с тарелки II, проводим из точки d1 вертикаль до пресечения с рабочей линией в точке с2. Ордината этой точки и определит пары состава yII.
Проводя аналогичные построения, получим ступенчатую линию c1d1c2d2c3d3 и т.д., у которой ординаты горизонтальных участков характеризуют составы паров, поднимающихся с той или иной тарелки, а абсциссы вертикалей определяют концентрацию потока жидкости. Построение ступенчатой линии следует продолжать до тех пор, пока вертикаль, проведенная из точки d4, не пройдёт через точку М, лежащую на диагонали и характеризующую состав уходящего из колонны жидкого остатка хR. В примере, показанном на рис. 47, для изменения концентрации жидкости от величины xm до xR требуются четыре теоретические тарелки.
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
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
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