Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых icon

Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых


Скачать 496.21 Kb.
НазваниеУчебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых
страница6/9
Размер496.21 Kb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9


^ 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.

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. 8). По способу размещения насадки выделяют 2 группы: нерегулярная насадка – загружают в аппарат навалом; регулярная насадка – характеризуется упорядоченным расположением элементов.
^

Нерегулярная насадка




Регулярные насадки







Рис. 8. 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).

Ректификационные колонны со ступенчатым контактом фаз – представляют собой колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещают горизонтальные перегородки – тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а пар проходит в виде пузырьков или струек снизу вверх) и многократном взаимодействии жидкости и пара.

Гидродинамические режимы работы тарелок. 1) Пузырьковый (барботажный) режим возникает при небольших скоростях пара, когда в виде отдельных пузырьков пар движется через слой жидкости на тарелке. Поверхность контакта фаз в этом режиме невелика. 2) Пенный режим возникает при увеличении скорости пара, когда его пузырьки, выходящие из прорезей и отверстий, сливаются в струи, которые вследствие сопротивления барботажного слоя разрушаются с образованием ещё большего числа мелких пузырьков. При этом на тарелке образуется газожидкостная система – пена. Основной поверхностью контакта фаз в такой системе является поверхность пузырьков, а также струй пара и капель жидкости над парожидкостной системой, которые образуются при разрушении пузырьков пара в момент их выхода из барботажного слоя. Поверхность контакта фаз при пенном режиме наибольшая, поэтому пенный режим обычно является наиболее рациональным режимом работы тарельчатых колонн. 3) Струйный (инжекционный) режим возникает при дальнейшем увеличении скорости пара, когда увеличивается длина паровых струй и наступает такой режим, при котором они выходят из газожидкостного слоя не разрушаясь, но образуя большое количество брызг. В этом режиме поверхность контакта фаз существенно меньше, чем в пенном.

По способу слива жидкости с тарелки на тарелку тарельчатые колонны подразделяются на колонны с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных устройств.

Тарельчатые колонны со сливными устройствами. К аппаратам этого типа относятся колонны с колпачковыми, ситчатыми, клапанными и другими тарелками. Эти тарелки имеют специальные устройства для перетока жидкости с одной тарелки на другую – сливные трубки, карманы и т.д. Нижние концы сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для создания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через сливное устройство.

Принцип работы колонн такого типа показан на рис. 9 на примере колонны с колпачковыми тарелками. Жидкость подается на верхнюю тарелку, движется вдоль тарелки от одного сливного устройства к другому, перетекает с тарелки на тарелку и удаляется из нижней части абсорбера. Пар поступает в нижнюю часть абсорбера, проходит через прорези колпачков (в других абсорберах – через щели и т.д.) и затем попадает в слой жидкости на тарелке. При этом пар в жидкости распределяется в виде пузырьков и струй, образуя в ней слой пены, в которой происходят основные процессы массо- и теплопереноса. Пройдя через все тарелки, пар уходит из верхней части аппарата.



Рис. 9. а)Тарельчатая колонна с колпачковыми тарелками: 1-тарелки; 2-газовые (паровые) патрубки; 3-колпачки; 4-переточные перегородки (трубы); 5-гидравлические затворы; 6-корпус колонны; б) колпачок


Колпачковые тарелки устойчиво работают при значительных изменениях нагрузок по пару и жидкости и они мало чувствительны к загрязнениям и осадкам. Но недостатки колпачковых тарелок довольно существенны – они сложны в устройстве, для их изготовления требуются большие затраты металла, они отличаются большим гидравлическим сопротивлением и малой предельно допустимой скоростью пара.

Ситчатые тарелки. Эти тарелки (рис. 10) имеют большое число отверстий диаметром 2-8 мм, через которые проходит пар в слой жидкости на тарелке. К достоинствам ситчатых тарелок относятся простота их устройства, легкость монтажа и ремонта, низкое гидравлическое сопротивление, достаточно высокая эффективность. Недостатки: во-первых, при слишком малой скорости пара жидкость может просачиваться через отверстия тарелки на нижерасположенную тарелку, что приводит к существенному снижению движущей силы процесса ректификации. Во-вторых, эти тарелки чувствительны к загрязнениям и осадкам, которые забивают их отверстия.



Рис. 10. Тарельчатая колоннна с ситчатыми тарелками


Клапанные тарелки. Принцип действия этих тарелок (рис.11) состоит в том, что клапан ^ 2, свободно лежащий над отверстием в тарелке 1, с изменением расхода пара увеличивает подъём и, соответственно, площадь зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода пара. Поэтому скорость пара в этом зазоре, а значит и во входе в слой жидкости на тарелке, остаётся постоянной, что обеспечивает неизменно эффективную работу тарелки. Гидравлическое сопротивление тарелки при этом увеличивается незначительно. Высота подъёма клапана определяется высотой ограничителя 7.





Рис. 11. Клапанные тарелки.

К достоинствам клапанных тарелок следует отнести их гидродинамическую устойчивость и высокую эффективность в широком интервале изменения нагрузок по пару. К недостаткам этих тарелок относятся их повышенное гидравлическое сопротивление и усложнённая конструкция тарелки.

^ Колонны с тарелками без сливных устройств. В тарелке без сливных устройств (рис. 12) пар и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. При этом одновременно с взаимодействием фаз на тарелке происходит сток жидкости на нижерасположенную тарелку – «проваливание» жидкости.



Рис. 12. Тарельчатая колонна без сливных устройств


^ Анализ работы ректификационных колонн и их расчёт

Известно 2 основных метода анализа работы и расчёта ректификационных колонн: графоаналитический (графический) и аналитический. Графический метод проще и нагляднее, поэтому проведём анализ с его помощью.

^ Допущения, принятые при расчёте ректификационных колонн

1. Молярные теплоты испарения компонентов при одной и той же температуре приблизительно одинаковы (правило Трутона), поэтому каждый киломоль пара при конденсации испаряет один киломоль жидкости. Следовательно, количество поднимающихся паров (в киломолях) в любом сечении колонны одинаково.

2. В дефлегматоре не происходит изменение состава пара. Следовательно, состав пара, уходящего из колонны, равен составу дистиллята, т.е. ур = хр.

3. При испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменение её состава. Следовательно, состав пара, образующегося в кипятильнике соответствует составу кубового остатка, т.е. уw = xw.

4. Теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны 0.

^ Материальный баланс ректификационной колонны

Согласно схеме установки ректификации непрерывного действия (рис. ), в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой хF моль. долей НК. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята Р кмоль, его состав хР моль. долей НК. На орошение колонны возвращается флегма в количестве Ф моль, причём её состав равен составу дистиллята (хФ = хР моль. долей). Снизу из колонны удаляется W кмоль остатка состава xW моль. долей НК.

Тогда уравнение материального баланса колонны будет:

F + Ф = G + W

Поскольку G = P + Ф, то

F = P + W

Соответственно материальный баланс по НК:

FxF = PxP + WxW


Уравнения рабочих линий 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 линии верхней части любого массообменного аппарата:

y = .

Выведем уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны.

Количество жидкости, стекающей по этой части колонны (количество флегмы) L = Ф = P·R, где R = - флегмовое число, представляющее собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята.

Количество паров, поднимающихся по колонне G = P + Ф = P + PR = P(R+1).

Для верхнего предела укрепляющей части колонны, согласно принятому допущению, состав паров ур = хр. В том же сечении колонны состав жидкости (флегмы), поступающей из дефлегматора, хф = хр, т. е. хн = хр. Подставляя значения L, G, ук и хн в уравнение ( ), получим







- уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны.

R – (флегмовое число) – натуральный ряд чисел.

- тангенс угла наклона рабочей линии к оси х

— отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы у—х (рис.).

Исчерпывающая часть колонны. За основу при выводе берём уравнение рабочей линии нижней части любого массообменного аппарата:

y = .

Количество орошающей жидкости в этой части колонны больше количества флег­мы Ф, стекающей по укрепляю­щей части на количество исход­ной смеси, поступающей на пи­тающую тарелку. Если обозна­чить количество питания, при­ходящегося на 1 кмоль дистил­лята через f = (кратность питания) то ^ F = Р·f и количество жидкости, стекаю­щей по исчерпывающей части колонны, составит: L’ = P·R + Р·f = P(f + R).

Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней (укрепляющей) ее части. Следовательно G = G’ = P(R+1)

Для низа колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) x’к = xw и, согласно допущению, состав поступающего сюда из кипятильника пара y’н = yw= xw. Подставив значения L’, G’, x’к и y’н в уравнение ( ), получим:











Зависимость ( ) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении tg = A – тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а - отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси абсцисс.

^ Построение рабочих линий на диаграмме у—х

Для построения рабочих линий откладывают на оси абсцисс диаграммы (см. рис. ) заданные составы жидкостей хW, хF и хP. Учитывая принятые допущения о равенстве составов пара и жидкости на концах колонны, из точки хР восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы в точке а с координатами ур = хр.

Величину R считаем известной. Откладывая на оси ординат отрезок , соединяют прямой конец отрезка (точку d) с точкой а. Из точки, отвечающей заданному составу хF, проводят вертикаль до пересечения с линией аd в точке b. Прямая аb – рабочая линия укрепляющей части колонны. Согласно допущению уw = хw, из точки, соответствующей составу хw, восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы и получают точку с — конечную точку рабочей линии исчерпывающей части колонны. Соединяют точку с прямой с точкой b, принадлежащей одновременно рабочим линиям укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Прямая представляет собой рабочую линию исчерпывающей части колонны.

^ Минимальнре и действительное (рабочее) флегмовое число

При заданном составе дистиллята хр величина отрезка В (см. рис. Х1-17), отсекаемого рабочей линией укрепляющей части колонны на оси ординат, зависит только от флегмового числа R, т.к. В = . С уменьшением R отрезок В увеличивается и рабочая линия как бы поворачивается вокруг точки а по часовой стрелке, занимая последовательно положения аd, аb" и т. д. Однако величину R можно уменьшать только до некоторого предела, определяемого движущей силой процесса массопередачи между жидкой и паровой фазами.

Движущая сила, выраженная в концентрациях паровой фазы, изображается на диаграмме у—х вертикальным отрезком между данной точкой на рабочей линии и линией равновесия. Например, при рабочей линии аb в точке ввода питания хF движущая сила равна уF* — уF и изображается отрезком b”” . С уменьшением R и точка b перемещается по вертикали, соответствующей абсциссе точки, которая отвечает составу хF, и движущая сила снижается до тех пор, пока не обратится в нуль (точка b’’’). При этом рабрчая линия аb’’’отсекает на оси ординат максимальный B”’ = Bmax, которому при заданном хр соответствует минимальное флегмовое число Rmin. При Rmin , когда рабочие линии пересекаются с линией равновесия, в точке пересечения движущая сила процесса равна нулю. Значит, для того, чтобы достигнуть концентраций фаз, соответствующим их составам на питающей тарелке, потребовалась бы бесконечно большая поверхность контакта фаз, т.е. бесконечно большое число «ступенек» - теоретическое число ступеней разделения. Таким образом, при Rmin разделение возможно только в гипотетической колонне бесконечно большой высоты. При этом расход греющего пара, который при прочих равных условиях пропорционален флегмовому числу, т.к. G = P(R+1), будет наименьший.





С увеличением R отрезки В уменьшаются и рабочая линия поворачивается вокруг точки а против часовой стрелки. Очевидно, нижнее предельное положение рабочих линий должно соответствовать совпадению точки их пересечения с диагональю диаграммы (точка b). При этом угол наклона рабочих линий к оси абсцисс равен 450, А=А=1 и B=B=0, что возможно, как следует из выражений для В и B, только при бесконечно большом флегмовом числе (R=∞). При R=∞ рабочие линии совпадают с диагональю диаграммы и движущая сила процесса у = у* - у или х = х* - х является наибольшей, а необходимое число теоретических ступеней разделения - наименьшим. Таким образом, при R=∞ потребовалась бы наименьшая рабочая высота колонны. Однако флегмовое число R = может стать бесконечно большим только при Р=0. Это означает, что при R=∞ отбора дистиллята нет, и вся жидкость, полученная в результате полной конденсации паров в дефлегматоре, возвращается в колонну в виде флегмы. В данном случае колонна работает «на себя», без выдачи продукта, что в нормальных производственных условия исключается.

С увеличением ^ R возрастает количество жидкости, которое необходимо испарить в кипятильнике. При R=∞ требуется испарить максимально возможное количество жидкости. Следовательно, в этом случае расход греющего пара наибольший.

Действительное (рабочее) флегмовое число Rраб, при котором работает колонна, должно находиться в пределах Rmin и R=∞. При проведении технико-экономического расчёта выбор рабочего флегмового числа часто проводят приближённо. Так, при расчётах задаются отношением рабочего флегмового числа к минимальному. Это отношение носит название коэффициента избытка флегмы: =Rраб/Rmin. В большинстве случаев значения этого коэффициента колеблются ориентировочно в пределах =1,04-1,5. Однако, если отсутствуют данные о величинах коэффициента избытка флегмы для систем, близких по свойствам к разделяемой, то выбор определяется главным образом инженерной интуицией и является грубо приближённым.

Для определения Rmin проведём из точки b’’’ (см. рис. ) проведём горизонтальный отрезок b’’’e до пересечения с абсциссой точки а. Тангенс угла наклона рабочей линии укрепляющей части колонны при Rmin равен отношению катетов ае и b’’’е треугольника а b’’’е, причём катет ае = уР – уF* = xP - уF*, а катет b’’’е = xP - хF. Следовательно

tg α = (А)

Вместе с тем, согласно уравнению ( ), при минимальном флегмовом числе tg α = А = (Б)

Сопоставляя выражения (А) и (Б), получим Rmin =

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 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 кривые концентраций для верхней и нижней частей ко­лонны (рис. , а).






Рис. Графическое определение числа теоретических тарелок для верхней части колонны.


Рассмотрим определение числа тарелок для верхней части колонны. Пусть на нижнюю тарелку (на рис. , 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 линии концентрации 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 линией концентраций, поэтому состав жидкости хII, стекающей с тарелки II, определится точкой пересечения горизонтали, проведенной из точки b1, с линией концентраций в точке а2. Абсцисса точки а2 и опре­деляет состав жидкости хII, стекающей со второй (II) тарелки.

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. ) 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 линией концентраций от точки с ординатой ут до точки К, ордината которой ур соответствует составу ректификата, получим необходимое число теоретических тарелок, равное числу ступеней (на рис. , 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 линии концентрации. При увеличении количества орошения линия концентрации при­ближается к диагонали, а необходимое число тарелок уменьшается, и, наоборот, при уменьшении количества орошения линия концен­трации 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, линия концентрации при этом сольется с диагональю ОВ. На рис. 4. 19, 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 а1 соответствующей 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. 4. 21. Графическое определение числа тарелок для нижней части колонны.

Отложив на оси абсцисс значение величины хт, проводим из этой точки вертикаль до пересечения ее с линией концентраций Мс1 в точке с1 (рис. 4. 21, а).

Ордината точки с1 определяет состав паров у2, поднимающихся с верхней (I) тарелки отгонной части колонны (рис. 4. 21, б). Жидкость, стекающая с тарелки I, находится в равновесии с этими парами, и поэтому ее состав х1 определяется 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 линией концентраций 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 рисунке , для изменения концентрации жидкости от величины xm до xR требуются четыре теоретические тарелки.

Периодическая ректификация бинарных смесей

В малотоннажных производствах используются ректификационные установки периодического действия. Исходную смесь загружают в куб 1, снабжённый нагревательным устройством. Смесь подогревается до кипения и её пары поступают под нижнюю тарелку ректификационной колонны 2. Поднимаясь по колонне, пары обогащаются НК, которым обедняется стекающая вниз флегма, поступающая из дефлегматора 3 на верхнюю тарелку колонны. Пары из колонны направляются в дефлегматор 3, где они частично или полностью конденсируются. В случае полной конденсации жидкость разделяется с помощью делителя 4 на флегму и дистиллят. Конечный продукт (дистиллят) охлаждают в холодильнике 5 и направляют в сборник 6.

После того, как достигнут заданный состав остатка в кубе (об этом судят по температуре кипения жидкости в нём) остаток сливают, загружают куб исходной смесью и операцию повторяют.

Периодически действующая колонна работает, подобно укрепляющей части непрерывнодействующей колонны, а куб этой колонны играет роль исчерпывающей части.

Процессы периодической ректификации проводятся в двух режимах:1) при постоянном флегмовом числе (^ R = const); 2) при постоянном составе дистиллята (хР= const).

Физико-химические закономерности в химической технологии

Классификация химических реакций:

  1. По фазовому составу: гомофазные и гетерофазные;

  2. По механизму взаимодействия реагентов: гомогенные и гетерогенные;

  3. По протеканию во времени: необратимые и обратимые;

  4. По знаку теплового эффекта: экзотермические (- Δ Н) и эндотермические (+ Δ Н);

  5. По использованию катализатора: каталитические и некаталитические;

  6. По значению температуры: низкотемпературные и высокотемпературные;

  7. По виду реакции: простые (одностадийные) и сложные (многостадийные)

Именно от типа химической реакции зависит выбор конструкции аппарата, в котором будет осуществляться процесс.

^ Химико-технологический процесс

Химико-технологический процесс (ХТП) – это тсочетание связанных друг с другом и проводимых в определённой последовательности химических, физико-химичесикх, физических и механических операций с целью получения из сырья готовой продукции.

В общем случае ХТП состоит из трёх последовательных стадий:

I. Подготовка сырья к химической переработке;

А1  А

II. Химическое превращение подготовленного сырья в продукты реакции по двум возможным схемам:

А  В,

А  D или А  В

А  D

III. Выделение целевого продукта из реакционной смеси и его очистка:

В  B1 и D  D1

A1 – сырьё до подготовки; A – подготовленное сырьё; В+D – реакционная смесь; В1 – выделенный целевой продукт; D1 – побочный продукт.

Из трёх стадий ХТП первая и третья представляют физические процессы, вторая стадия – химический процесс. Эффективность его осуществления требует соблюдения некоторых условий. Поэтому для каждого конкретного ХТП разрабатывается технологический режим.

^ Технологическим режимом называется совокупность параметров, обеспечивающих устойчивое и максимально эффективное проведение ХТП.

Параметром технологического режима называют величину, характеризующую какое-либо устройство или режим работы аппарата, используемую в качестве основного показателя их действия (протекания).

К основным параметрам ХТП относятся: температура, давление, концентрация реагентов, активность катализатора, время контактирования реагентов, объёмная скорость потока реагентов, сила тока, напряжение и т.д.

Среди параметров процесса различают экстенсивные, зависящие от количества вещества (например, объём) и интенсивные, не зависящие от количества вещества (например, температура, давление, концентрация). Наиболее важными в ХТП являются интенсивные параметры.

^ Оптимальные условия ведения процесса – это сочетание основных параметров, позволяющее получить наибольший выход продукта с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестоимость при соблюдении условий рационального использования сырья и энергии и минимизации возможного ущерба окружающей среде.

^ Основные показатели ХТП

Основные показатели ХТП с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной химической реакции.

^ Степень превращения (х) – это доля исходного реагента, использованного на химическую реакцию.

,

Gн – общее количество исходного вещества в начале процесса; Gк – количество исходного вещества, оставшееся в конце процесса.

Таким образом, степень превращения реагента показывает, насколько полно в ХТП используется исходное сырьё.

Чаще в химической реакции участвует не один, а два (или больше) реагента. Степень превращения может быть рассчитана по первому, второму или третьему реагенту.

Выходом продукта В называют отношение реально полученного количества целевого продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции.

Для химической реакции максимальное количество продукта (теоретический выход) определяется по уравнению реакции по основному исходному веществу. В качестве основного исходного вещества принимается, ткак правило, наиболее ценный компонент реакционной смеси. Например, для промышленной реакции 2SO2 + O2 = 2SO3 основным реагентом считают диоксид серы, т.к. второй реагент – кислород – поступает в составе воздуха и является менее ценным

Различают выход продукта в расчёте на пропущенное сырьё (Впроп.) и выход продукта на прореагировавшее (разложенное) сырьё (Вразл.).

Разберём это на примере процесса дегидрирования н-бутана:

Основную реакцию этого процесса упрощённо можно выразить уравнением:

  1. СН3-СН2-СН2-СН3 → СН2=СН-СН2-СН3 + Н2 - Q1

Целевым продуктом является бутен-1.

Основная реакция сопровождается побочными реакциями, из которых можно выделить разрыв по С-С связи н-бутана с образованием продуктов крекинга – этилена и этана:

  1. СН3-СН2-СН2-СН3 → СН2=СН2 + СН3-СН3 – Q2

Реакция 1 является обратимой, поэтому помимо основного и побочного продукта в реакционной смеси будет также находиться не вступивший в реакцию н-бутан в равновесной концентрации.

Схематично этот процесс можно отобразить следующим образом:
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых
Связь химической технологии с теоретической химией, физикой, техникой, экономикой
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2009 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для студентов 3 курса химического факультета уфа риц башгу 2013 удк 66. 021 Ббк 35
Учебное пособие предназначено для студентов 3 курса химического факультета БашГУ
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2012. 89с. Введение
Химическая технология. Часть Физико-химические закономерности в химической технологии: Учебное пособие для студентов химического...
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для студентов химического факультета. Уфа: риц башГУ, 2013. 89с. Введение
Химическая технология. Часть Важнейшие производства: Учебное пособие для студентов химического факультета. – Уфа: риц башГУ, 2013....
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconДля студентов 3 химического факультета Башгосуниверситета. Уфа рио башГУ
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconМетодическое указание по курсу «Общая химическая технология» для студентов 3 и 4 курсов химического факультета Башгосуниверситета. Уфа рио башГУ
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №11 от 13. 04. 2005 г.)
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для подготовки к экзамену предисловие учебное пособие предназначено для студентов медицинских вузов
Прежде всего, оно будет полезным при подготовке к экзамену по нормальной анатомии
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие по курсу «Общая химическая технология» для студентов специальностей 240701, 240702, 240706, 240901
Данное учебное пособие предназначено для того, чтобы обеспечить методическое руководство самостоятельной работой студентов, изучающих...
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconУчебное пособие для самостоятельной работы Ставрополь 2010 ббк 63. 3 (2) Я73 удк 99 (С) р -82
Учебное пособие предназначено для студентов медицинских и фармацевтических вузов
Учебное пособие для студентов химического факультета уфа риц башгу 2008 2 Учебное пособие предназначено для студентов химического 3-го курса химического факультета Башгосуниверситета. Оно включает 3 раздела, посвящённых iconТестовые задания по дисциплине «Химическая технология» для студентов 4 курса химического факультета (7 семестр)

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы