Перегонка жидкостей. Ректификация
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
°я для выделения низкокипящих компонентов, называется концентрационной или укрепляющей, а нижняя часть, в которой выделяются высококипящие компоненты, называется исчерпывающей, или отгонной. Между этими частями колонны находится место ввода сырья - секция питания или эвапорационное пространство.
Основными рабочими параметрами процесса ректификации являются давление и температура в системе, соотношение потоков жидкости и пара (флегмовое число), число контактных ступеней. При соответствующем выборе параметров обеспечивается разделение исходной смеси на компоненты (фракции), удовлетворяющие определенным требованиям.
Представим себе аппарат (например, насадочную колонну), в котором снизу движутся пары (рис.1), а сверху навстречу парам подают жидкость, представляющую собой почти чистый НК. При взаимодействии поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходят частичная конденсация и частичное испарение жидкости (флегмы) за счет теплоты конденсации. При этом из пара конденсируется преимущественно ВК, а из флегмы испаряется преимущественно HK. Таким образом, стекающая флегма непрерывно обогащается ВК, а поднимающиеся пары - НК. В результате выходящий из колонны пар состоит почти целиком из НК. Пар конденсируют и специальном теплообменнике-конденсаторе (или дефлегматоре - на рис.1 не показан). Часть этого конденсата в виде флегмы идет на орошение колонны, другую часть - дистиллят или ректификат отбирают как готовый продукт. Жидкость, выходящую из нижней части колонны, называют кубовым остатком. Для образования восходящих потоков паров колонну 1 снабжают кипятильником 6, в котором происходит испарение части кубового остатка.
Рис.1.Насадочная ректификационная колонна с кипятильником: 1- корпус; 2- насадка; 3-опорная решетка; 4- перераспределитель флегмы; 5- патрубок для слива кубового остатка; 6- кипятильник; 7- ороситель.
. Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей
ректификация перегонка жидкость бинарный
Для получения заданной степени разделения исходной смеси требуется определенное число теоретических тарелок.
Углеводородные смеси, как правило, являются многокомпонентными, при их ректификации применяются следующие методы расчетов числа теоретических тарелок.
Метод расчета от тарелки к тарелке предполагает последовательное определение составов паров и жидкости на тарелках колонны с использованием уравнений равновесия, рабочей линии и теплового баланса для каждого сечения колонны. Однако вследствие того, что для многокомпонентных смесей нельзя заранее полностью задать составы продуктов колонны, возникает необходимость корректировки составов продуктов колонны и потоков в некоторых сечениях (например, при вводе сырья, выводе боковых продуктов). Вследствие этого точное решение задачи требует применения метода последовательных приближений.
При аналитическом методе расчета ректификации многокомпонентных смесей, характеризуемых небольшим изменением относительной летучести компонентов в пределах температурного режима колонны, используются уравнения Андервуда или Фенске.
Известны также приближенные методы расчета многокомпонентной ректификации, в которых вводят различные упрощающие допущения относительно распределения компонентов, температур в колонне, флегмовых чисел.
Введем обозначения (рис. 2):
F,xF-поток (кмоль/с) и концентрация (молярные доли) НК исходной смеси;
Р,хР- поток и концентрация НК дистиллята;
W,xw- поток и концентрация НК кубового остатка;
Ф,хф-поток и концентрация НК флегмы;
G- количество пара (кмоль/с), выходящего из колонны.
Тогда материальный баланс колонны по всему потоку:
Материальный баланс по низкокипящему компоненту:
Рис.2. К выводу уравнения материального баланса
На основе материального баланса выводится уравнение линии рабочих концентраций верхней (укрепляющей) части колонны:
у = [R/(R +1)]х + хР/(R +1)
где R - флегмовое число - отношение количества флегмы к количеству дистиллята, R= Ф/Р хР - концентрация низкокипящего компонента в дистилляте.
Литература
Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1995г, 768 с.
Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. М.: Недра. 2000. 677