Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Ректификация. Ректификация — это процесс разделения жидких смесей на дистиллят и кубовой остаток в результате противоточного взаимодействия жидкости и пара.
Ректификация — это процесс разделения жидких смесей на дистиллят и кубовой остаток в результате противоточного взаимодействия жидкости и пара. Процесс ректификации может осуществляться в периодическом или непрерывном режиме при различном давлении: в вакууме (для разделения смесей высококипящих веществ), при атмосферном давлении или давлении, превышающем атмосферное. Ректификационная установка непрерывного действия. Схема такой установки приведена на рис. 19.5. Внутри ректификационной колонны 2 расположены контактные устройства в виде тарелок или насадки. Исходную смесь с мольным расходом G'F и мольной долей легколетучего компонента подогревают до температуры кипения в теплообменнике 4 и подают в колонну на ту тарелку, где кипит смесь того же состава, т. е. на верхнюю тарелку нижней, исчерпывающей части колонны. Верхняя часть колонны называется укрепляющей по легколетучему компоненту. Снизу вверх по колонне движется пар, поступающий из куба- испарителя 3. На каждой тарелке происходит частичная конденса-
Рис. 19.5. Схема ректификационной установки непрерывного действия. 1 — дефлегматор; 2 — колонна; 3 — куб-испаритель; 4 — теплообменник для подогрева исходной смеси ция пара труднолетучего компонента и за счет конденсации — частичное испарение легколетучего компонента. Таким образом, пар, выходящий из куба-испарителя и представляющий собой почти чистый труднолетучий компонент, по мере движения вверх обогащается легколетучим компонентом и покидает колонну в виде почти чистого пара легколетучего компонента. Пар конденсируется в дефлегматоре 1. Полученный конденсат разделяется на дистиллят (верхний продукт) с мольным расходом G'D и мольной долей легколетучего компонента и флегму, которая направляется на верхнюю тарелку колонны. Флегма, стекая по колонне и взаимодействуя с паром, обогащается труднолетучим компонентом. Отношение расхода флегмы к расходу дистиллята называется флегмовым числом R. Из куба-испарителя отводят нижний продукт или кубовой остаток с мольным расходом G'W и мольной долей легколетучего компонента . Материальный баланс ректификационной колонны. При расчетах ректификационных колонн принимают следующие допущения: • состав пара , выходящего из колонны в дефлегматор, и состав флегмы , возвращающейся в колонну, одинаковы, т.е. = ; • состав пара , поднимающегося из кипятильника в колонну, аналогичен составу жидкости Ив кубе-испарителе, т.е. = . Уравнения материального баланса ректификационной колонны имеют следующий вид: для потоков — G'F= G'D+ G'W для легколетучего компонента — G'F = G'D + G'W . Построение рабочих линий ректификационной колонны на диаграмме у—х (рис. 19.6) проводят в такой последовательности. Согласно допущению = . Из точки восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы в точке а. Откладывая на оси ординат отрезок В = /(R + 1), получают точку d и соединяют ее прямой линией с точкой а. Из точки, отвечающей составу , проводят вертикаль до пересечения с линией ad и получают точку b. Отрезок ab — рабочая линия для верхней {укрепляющей) части колонны. Согласно допущению = . Из точки, соответствующей составу , восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы и получают точку с. Точку I соединяют прямой линией с точкой Ь. Отрезок cb — рабочая линия для нижней (исчерпывающей) части колонны.
Рис. 19.6. Построение рабочих линий ректификационной колонны на диаграмме х—у: ab — рабочая линия для верхней части колонны; bс — рабочая линия для нижней части колонны; тп, т'п' — движущие силы процесса ректификации; b', b", d — характерные точки построения; , , — составы жидкости в кубе-испарителе, исходной смеси и дистиллята Рабочие линии на графике отражают изменение рабочих концентраций в верхней и нижней частях ректификационной колонны. При этом вертикальные отрезки тп и т'п', измеряемые разностью - у, характеризуют движущую силу процесса ректификации на различных ступенях контакта. Флегмовое число. При заданном составе дистиллята длина отрезка В (см. рис. 19.6), отсекаемого рабочей линией для верхней (укрепляющей) части колонны на оси ординат, зависит только от флегмового числа R. С увеличением R длина отрезка В уменьшается, точка b перемещается по вертикали вниз и в пределе занимает положение b' на диагонали диаграммы. В этом случае движущая сила процесса, измеряемая разностью - у, достигает максимального значения. С уменьшением R точка b перемещается по вертикали вверх. В этом случае движущая сила процесса уменьшается и в пределе, при некотором минимальном значении , когда точка b находится на пересечении вертикали с равновесной кривой (точка b"), окажется равной нулю. Рабочее флегмовое число, при котором действует колонна, должно находиться в пределах < R< . Исходной величиной для выбора рабочего флегмового числа является , значение которой можно найти расчетным путем. Выбор рабочего флегмового числа часто проводят приближенно по уравнению R = , где — коэффициент избытка флегмы ( > 1). Если данные о значениях коэффициента избытка флегмы для разделяемых систем отсутствуют, то можно воспользоваться эмпирической зависимостью R = В ректификационных установках применяют аппараты следующих типов: тарельчатые, пленочные и насадочные колонны. Экстрактивная ректификация. Разделение смесей компонентов, которые имеют близкие значения температуры кипения, методом обычной ректификации сопряжено со значительными трудностями. Кривая фазового равновесия = f(x) для таких смесей подходит очень близко к диагонали диаграммы у - х, и требуемое число ректификационных тарелок существенно возрастает даже при больших значениях коэффициента избытка флегмы. Процесс разделения таких смесей основан на введении третьего компонента — разделяющего агента, способного резко повысить относительную летучесть основных компонентов. Необходимо, чтобы третий компонент был менее летуч, чем оба компонента разделяемой смеси, и хорошо растворял труднолетучий компонент исходной смеси. Ректификация жидких смесей с использованием разделяющего агента, получившая название экстрактивной ректификации, осуществляется в двух обычных ректификационных колоннах. В первую из них поступает на разделение исходная смесь, состоящая из компонентов А + В. На одну из верхних тарелок укрепляющей части колонны вводится разделяющий агент С. Компонент В хорошо растворим в С, в то время как компоненты А и С взаимно нерастворимы (или ограниченно растворимы). Компонент С экстрагирует компонент В (более высококипящий компонент исходной смеси) из жидкой и паровой фаз. Смесь В и С удаляется в виде остатка, а дистиллят представляет собой почти чистый компонент А. За процессом собственно экстрактивной ректификации следует процесс разделения смеси компонентов В и С во второй ректификационной колонне. Из этой колонны в качестве дистиллята получают компонент В, более летучий, чем компонент С. Регенерированный разделяющий компонент С (кубовой остаток) возвращается на повторное использование в первую ректификационную колонну. Азеотропная ректификация. К разделяемой азеотропной смеси А и В добавляют третий компонент С, который образует с одним из ее компонентов новую (более летучую по сравнению с исходной) азеотропную смесь. Эта смесь отгоняется в качестве дистиллята, а другой практически чистый компонент удаляется в виде кубового остатка. Контрольные вопросы 1.Какие смеси разделяются на отдельные компоненты с помощью перегонки и ректификации? 2.Какие диаграммы используют для описания условий равновесия разделяемых смесей? 3.Что представляет собой простая перегонка? 4.В чем заключается принцип разделения смесей ректификацией? 5.Запишите уравнения материального баланса процесса ректификации. 6.Что называется укрепляющей и исчерпывающей частями ректификационной колонны? 7.Что означает флегмовое число? 8.Как осуществляется разделение смесей, которые имеют близкие значения температуры кипения? Глава 20 СУШКА
|