АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

закономерности ректификации

Читайте также:
  1. Географические закономерности распределения лесной растительности.
  2. ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ, ОТКРЫТЫЕ ПРИ ЕГО ПРИМЕНЕНИИ.
  3. Д. закономерности (окружающий мир, отношения...)
  4. Д. закономерности (окружающий мир, отношения...)
  5. Закон больших чисел в наиболее простой форме гласит, что количественные закономерности массовых явлений отчетливо проявляются лишь в достаточно большом их числе.
  6. Закономерности наследования при моногибридном скрещивании.
  7. Закономерности наследования.
  8. Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного наследования.
  9. Закономерности осветления воды на скорых фильтрах (по Д.М. Минцу).
  10. Закономерности развития, строения и функции органов половой системы
  11. Закономерности развития, строения и функции эндокринной системы
  12. Закономерности размещения минеральных ресурсов и страны, выделяющиеся по их запасам. Проблемы рационального использования ресурсов.

Gн, Хн – начальное количество раствора и его концентрация;

Gд, Хд – количество дистиллята и его концентрация;

Gк, Хк – кубовый остаток и его концентрация;

Gп, Y – количество пара летучего компонента и его концентрация;

Qг – греющая энергия;

Qг – энергия, отведенная дистиллятором.

 

Рис. 2. Схема ректификационного аппарата

1 – перегонный куб; 2 – бинарный раствор; 3 – нагреватель; 4 – холодильник дистиллятор;

5 – охлаждаемая поверхность, на которой конденсируется пар.

Материальный баланс: Gн= Gк+ Gд

Gн Хн = GкХк + Gд Хд

Рассмотрим элементарный объем жидкости, в котором масса раствора G и концентрация Х. В результате процесса удаления летучего компонента объем уменьшится на dG, а концентрация на , при этом увеличится концентрация пара на это же .

 

G Х = GХ – dGХ – GdХ + dGdХ + уdG

G Х = (G – dG) (Х – dХ) + уdG паровая фаза

dGdХ – пренебрегаем с учетом его незначительности. dG(Y – X) = GdХ

Проведем разделение переменных и проинтегрируем:

Схема с дефлегматором применяется для повышения концентрации более летучего компонента в дистилляте (рис. 3).

В дефлегматоре на поверхности 7 происходит частичная конденсация поступающих в дефлегматор паров. Преимущественно конденсируется менее летучий компонент, благодаря чему концентрация летучих компонентов на входе в дистиллятор повышается.

Образующийся в дефлегматоре конденсат называется флегмой. R – флегмовое число, отношение количества возвращенного в колонну дистиллята (флегмы) к количеству отобранного дистиллята в виде продукта, т.е.

R = Gф/Gд

 

Рис. 3. Схема ректификационного аппарата с дефлегматором:

6 – дефлегматор;

7 – охлаждающая поверхность в дефлегматоре.

Gф, Хф – количество флегмы и её концентрация;

 

Материальный баланс ректификации по летучему компоненту может быть выражен общим для всех массообменных процессов равенством

GdY = L(–dX). (17)

Пусть количество взаимодействующих паров составит G кмоль, а жидкости L кмоль, G д – количество поступающего дистиллята, кмоль; Gн – количество смеси, поступающей на ректификацию. Тогда G = (R + 1)G д, a L = RG д– для верхней части ректификационного аппарата и L = (R + F)G д для нижней части аппарата, где F = Gн / G д. Таким образом, для верхней и нижней частей аппарата уравнения материального баланса запишутся в виде

(R + 1)dY = R(–dХ); (18)

(R + 1)dY =(R + F)(–dХ). (19)

Для произвольного сечения нижней части аппарата, где рабочие концентрации y и x, и верха, где концентрации yр и xр, из уравнения (18) получим:

(R + 1)(Yд – Y) = (R + 1)(Хд – Y) = R(Хд – Х). (20)

или

(21)

для произвольного сечения нижней части аппарата, где рабочие концентрации y и x, и низа, где концентрации жидкости и пара xw и yw, из уравнения (19) найдем:

(R + 1)(Y – Yк) = (R + 1)(Y – Хк) = (R + F)(Х – Хк). (22)

или

(23)

Уравнения (21) и (23) являются уравнениями линий рабочих концентраций для верхней и нижней части ректификационного аппарата.

 

 

Кроме того, из уравнения (18) для сечения аппарата, соответствующего виду исходной смеси (xн и yн), и верха аппарата (xд, yд) имеем:

(R + 1)(Хд – Yн) = R(Хд – Хн ), (24)

откуда R = (Хд – Хн)/(Yд – Хн).

2.3. Рабочие линии процесса

ректификации в у–х-диаграмме

 

Положения линий рабочих концентраций в у–х- диаграмме зависят не только от состава исходной смеси, но также от её тепловых параметров. Возможны следующие случаи питания аппарата исходной смесью:

1) при температуре ниже, чем температура кипения;

2) при температуре кипения;

3) смесью насыщенного пара и жидкости;

4) насыщенным паром;

5) перегретым паром.

Рассмотрим подробно два случая: питание аппарата жидкой смесью при температуре кипения и питание аппарата исходной смесью в виде насыщенного пара.

Питание аппарата жидкой смесью при температуре кипения.

В рассматриваемом случае возможны два предельных положения рабочих линий: 1 – 3’ для верха и 3’ – 2 для низа колонны 1 – 3” для верха и 3” – 2 для низа колонны (рис. 4).

Положение рабочих линий 1 – 3 – 2 соответствует работе заводской ректификационной аппаратуры. Точка 3, очевидно, может либо приближаться к своему верхнему пределу 3”, либо к нижнему 3’. Соответственно этому изменяются флегмовое число и движущая сила процесса.

Поскольку проведение ректификации связано с испарением жидкости и соответствующими затратами тепла, на основании изложенного можно сформулировать одно из важнейших правил ректификации: с уменьшением флегмового числа и, следовательно, затрат тепла на проведение процесса уменьшается движущая сила, и наоборот.

Оптимизацию значения флегмового числа можно провести, исходя из минимального объема колонны.

Количество пара, проходящего через ректификационную колонну, равно

G д (R + 1), а объемная скорость его

VG = G д (R + 1)/(ρG), (27)

где VG – объемная скорость пара в колонне, м3/с; ρG плотность смеси, кг/м3; G д – количество дистиллята, кг/с.

Сечение колонны при заданной скорости пара и G д является величиной, пропорциональной (R+1), а высота аппарата пропорциональна числу единиц переноса. Следовательно, произведение тх(R+1) пропорционально рабочему объему аппарата. Как известно, число единиц переноса равно

 

 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
y
y д
 
у нд
3”
у н
 
3’
e [3212]" strokeweight="1.5pt">
 
 
х
х д
х н
x к
 
у к
В
б
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
В общем случае, при условии нелинейной равновесной зависимости величина тх определяется графическим интегрированием.

Задаваясь рядом значений R в пределах Rmin < R < ¥, получим ряд положений рабочих линий 1–2–6, 1–3–6, 1–4–6, 1–5–6 (рис. 5). Для ряда положений рабочих линий графическим интегрированием найдем ряд значений тх . Построив график зависимости тх(R + 1) = f (R), по минимуму значения этой функции находим Rопт (рис. 6).

Определение Rопт при условии минимального рабочего объема дополняется иногда и условиями минимума эксплуатационных расходов, хотя величина Rопт, определенная по изложенной выше методике, мало отличается от величины, найденной с учетом другого критерия оптимальности.

 

 


1 | 2 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.007 сек.)