Особенности ректификации многокомпонентных смесей - раздел Философия, Химическая технология Для Разделения N-Компонентной Смеси Требуется (N — 1) Колонн, О...
Для разделения n-компонентной смеси требуется (n — 1) колонн, однако число возможных вариантов технологических схем с расчетом числа продуктов и способов их получения увеличивается экспоненциально. На рис. 48 показано, что для разделения смеси компонентов ABCD, расположенных в порядке возрастания температур кипения, возможны 5 вариантов схем деления; для смеси из 10 компонентов число возможных схем составляет 4862.
Рис. 48. Возможные варианты схем разделения компонентов смеси ABCD.
Тема 11: Периодическая ректификация бинарных смесей
Цель: Показать области применения периодической ректификации, её особенности; познакомить с режимами проведения периодической ректификации: R = const и хР=const
В малотоннажных производствах используются ректификационные установки периодического действия (рис. 49). В куб колонны загружают определенное количество подлежащей разделению смеси, где она нагревается до температуры кипения и испаряется. Образующиеся пары проходят через колонну, взаимодействуя в противотоке с жидкостью,
| Рис. 49. . Ректификационная установка периодического действия: 1 -куб; 2 -колонна; 3 -дефлегматор; 4 -делитель потоков; 5 - холодильник; 6, 7 - сборники.
|
поступающей из дефлегматора. В нем конденсируются выходящие из колонны богатые НК пары, направляемые далее в делитель потоков. Часть конденсата (флегма) поступает обратно в колонну, другая часть (дистиллят) - через холодильник в один из сборников.
Периодически действующие колонны работают как колонны для укрепления паров. Поэтому зависимость между рабочими концентрациями фаз определяется для всей колонны одной рабочей линией, соответствующей уравнению (10.4). Роль исчерпывающей части выполняет куб колонны.
Установки для периодической ректификации подразделяются на агрегаты, работающие при постоянном флегмовом числе (R = const), и агрегаты, функционирующие при переменном R и постоянном составе дистиллята (хР=const). Наиболее широко распространены в промышленности установки первого типа. Для этого случая изменение составов кубовой жидкости и дистиллята показано на рис. 50. В начале ректификации концентрация НК в кубовой жидкости равна xF, а в дистилляте – xw. По мере течения процесса концентрация НК в кубе будет уменьшаться и принимать значения x1, x2 и т. д. Соответственно понизятся концентрации НК в дистилляте, принимая значения x'p, х''p и т.д. В результате дистиллят получают в виде различных по составу фракций, отбираемых в отдельные сборники или будет получен дистиллят среднего состава в пределах xp-xpw и остаток в кубе состава xW. Из рис. следует, что при R.= const наклон всех рабочих линий, равный R/(R—l), не зависит от концентрации НК, поэтому линии смещаются параллельно своему первоначальному положению.
| Рис. 50. Рабочие линии периодической ректификации с постоянным флегмовым числом.
|
Проведение процесса с получением дистиллята постоянного (начального) состава хР=const возможно путем постепенного увеличения во времени количества возвращаемой в колонну флегмы или при работе с постепенно возрастающим флегмовым числом R.
Осуществление процесса таким способом связано с автоматическим (программированным) регулированием количества флегмы, возвращаемой в колонну, или количества пара, поступающего из кипятильника, что усложняет установку.
Для этого случая изменение составов кубовой жидкости и положение рабочих линий показано на рис. 51.
| Рис. 51. Изображение рабочих линий процесса периодической ректификации при хР=const
|
Предельным случаем работы колонны в режиме с постоянным составом дистиллята является работа колонны «на себя».
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
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
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
Новости и инфо для студентов