Содержание
- 2. Характеристики двухфазных систем жидкость-пар Значит в общем случае возможно ввести (задать) два ограничения, например, давление и
- 3. Cумма парциальных давлений всех компонентов паровой смеси равна полному (рабочему, внешнему) давлению Р Р = ΣPi
- 4. Из уравнения (4) можно выразить х = хА: (5) Согласно уравнениям (4) и (5) величине х
- 5. Реальные смеси. В реальных системах существует взаимодействие компонентов – обычно слабое в паровой фазе и зачастую
- 6. Большие отклонения от идеальности. Для некоторых смесей отклонения от идеальности бывают столь велики, что кривые Р(Х)
- 7. dP/dx = 0; у = х, т.е. равенство равновесных концентраций в жидкой и паровой фазах при
- 8. Смеси жидкостей, ограниченно растворимых друг в друге. Для таких систем при добавлении одной жидкости к другой
- 9. Перегонка Перегонкой называют процесс разделения жидких смесей на фракции различных составов путём их частичного испарения с
- 10. Лекция №13. Дистилляция , проинтегрировав в пределах G1 и x1 до G и x получим. ;
- 11. Перегонка с водяным паром Температура кипения неоднородной смеси нерастворимых жидкостей всегда лежит ниже точки кипения самой
- 12. Ректификация Ректификацией называется процесс переноса компонента (компонентов) между кипящей жидкой и насыщенной конденсирующейся паровой фазами при
- 13. Пар обогащается НКК, и точка А сдвигается по линии конденсации и в момент равновесия займёт положение
- 14. Расчёт числа тарелок ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарных жидких смесей Степень разделения жидкой смеси
- 15. Уравнения рабочих линий процесса ректификации, необходимые для расчёта числа теоретических тарелок, выводятся как и для процесса
- 16. Так как R + 1 и Rх неизменны, то , откуда получим (R + 1)(yp -
- 17. Проинтегрируем его в пределах изменения состава пара от уw до у и жидкости от х до
- 19. Скачать презентацию
Характеристики двухфазных систем жидкость-пар
Значит в общем случае возможно ввести (задать) два
Характеристики двухфазных систем жидкость-пар
Значит в общем случае возможно ввести (задать) два
Классификация бинарных смесей. В зависимости от взаимной растворимости компонентов различают смеси жидкостей: 1) с неограниченной взаимной растворимостью; 2) взаимно нерастворимых; 3) ограниченно растворимых друг в друге. Смеси с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в свою очередь делятся на идеальные и реальные смеси.
Идеальными называют смеси, компоненты которых при смешении не изменяют объёма, а само смешение происходит без тепловых эффектов взаимодействия компонентов. Идеальные смеси подчиняются закону Рауля, согласно которому равновесное парциальное давление (упругость пара) какого-либо i-го компонента над смесью при определённой температуре равно произведению его упругости пара над чистым компонентом при той же температуре на его мольную долю в жидкой смеси (хi):
Pi = Pio ⋅ хi (1)
Cумма парциальных давлений всех компонентов паровой смеси равна полному (рабочему, внешнему)
Cумма парциальных давлений всех компонентов паровой смеси равна полному (рабочему, внешнему)
Р = ΣPi = ΣPio ⋅ хi (2)
В случае бинарной смеси PА = PАo ⋅ х и PВ = PВo ⋅ (1 - х), где х = хА (3)
Р = PА + PВ = PАo ⋅ х + PВo ⋅ (1 - х) (4)
Характеристики двухфазных систем жидкость-пар
Для физико-химической характеристики бинарных систем жидкость-пар удобно пользоваться так называемыми фазовыми диаграммами.
t = const, 0 ≤ х ≤ 1
восходящая прямая для PА
нисходящая прямая для PВ
В принятом способе назначения низкокипящего компонента (НКК)
PА > PВ, поэтому прямая Р(Х) тоже является восходящей.
Р – Х - диаграмма
Из уравнения (4) можно выразить х = хА:
(5)
Согласно уравнениям (4)
Из уравнения (4) можно выразить х = хА:
(5)
Согласно уравнениям (4)
В подавляющем большинстве случаев процессы дистилляции проводят при постоянном давлении. Поэтому технолога больше интересуют изобарные зависимости и диаграммы типа t(x) и t(y).
НКК tА: tВ > tА, согласно уравнениям (4) и (5).
При t = tВ, P = PВo, x, y = 0, чистый ВКК
t = tА, P = PАo, x, y = 0, чистый НКК
Реальные смеси. В реальных системах существует взаимодействие компонентов – обычно слабое
Реальные смеси. В реальных системах существует взаимодействие компонентов – обычно слабое
Различают “малые” и “большие” отклонения бинарных систем от идеальности.
В случае малых отклонений от идеальности линии Р(Х) перестают следовать линейной (аддитивной) зависимости (ур-е 4). При этом кривые Р(Х) могут проходить ниже прямой, отвечающей закону Рауля (отрицательное отклонение) или выше (положительное отклонение), но во всём диапазоне изменения х от 0 до 1 они остаются восходящими.
Иначе касательная к кривой Р(Х) здесь всегда образует острый угол с осью Х, т.е. dP/dx > 0. Такие смеси называются зеотропными.
Большие отклонения от идеальности. Для некоторых смесей отклонения от идеальности бывают
Большие отклонения от идеальности. Для некоторых смесей отклонения от идеальности бывают
Смеси с экстремальным отклонением идеальности следуют второму закону Коновалова: максимуму на кривой давления отвечает минимум на кривой температур кипения; минимуму на кривой давления отвечает максимум на кривой температур кипения.
Первый закон Коновалова: в равновесном состоянии паровая фаза в сравнении с жидкой обогащена низкокипящим компонентом.
Кривая или система с максимумом давления и минимумом температуры кипения (они встречаются чаще).
На кривой Р(Х) налицо две ветви: восходящая для неё dP/dx > 0 и нисходящая dP/dx < 0, а также точка максимума, где касательная горизонтальна и dP/dx = 0.
Первая область в состоянии равновесия характеризуется неравенством у > х. Однако для второй области у < х, т.е. паровая фаза в сравнении с жидкой обогащена ВКК.
dP/dx = 0; у = х, т.е. равенство равновесных концентраций в
dP/dx = 0; у = х, т.е. равенство равновесных концентраций в
Смеси взаимно нерастворимых компонентов. Практически взаимно нерастворимыми считаются жидкости, обладающие пренебрежимо малой растворимостью друг в друге.
Такие смеси образуют два слоя и могут быть разделены путём отстаивания. Например, вода-бензол.
Смеси жидкостей, ограниченно растворимых друг в друге. Для таких систем при
Смеси жидкостей, ограниченно растворимых друг в друге. Для таких систем при
Эти смеси наиболее часто разделяются экстрагированием. Смеси называют гетероазеотропными.
Перегонка
Перегонкой называют процесс разделения жидких смесей на фракции различных составов путём
Перегонка
Перегонкой называют процесс разделения жидких смесей на фракции различных составов путём
Перегонку подразделяют на простую и равновесную. Простой перегонкой называют процесс частичного испарения кипящей жидкой смеси с непрерывным отводом и конденсацией образовавшихся паров. Для равновесной дистилляции характерно испарение части жидкости и продолжительный контакт образовавшихся паров с неиспарившейся жидкостью до достижения фазового равновесия.
Рассмотрим баланс процесса дистилляции. Остаток жидкости в кубе выразится как G – dG, и состав х – dx, где dG – количество испарившейся жидкости.
Содержание НКК в остатке жидкости составит (G - dG)(x - dx).
Количество дистиллята равно количеству испарившейся жидкости dG, а состав его является равновесным с х.
Материальный баланс легколетучего компонента можно представить
Gx = (G - dG)(x - dx) + ydG.
Gx = Gx - xdG + dxdG – Gdx + ydG, где dxdG – бесконечно малая величина
Gdx = dG(y - x)
Лекция №13. Дистилляция
, проинтегрировав в пределах G1 и x1
Лекция №13. Дистилляция
, проинтегрировав в пределах G1 и x1
; интеграл определяется графически.
Количество полученного дистиллята G – G1 = Gp и его состав хр определяется
Gx = G1х1 + (G – G1)хр
Перегонка с водяным паром
Температура кипения неоднородной смеси нерастворимых жидкостей всегда лежит
Перегонка с водяным паром
Температура кипения неоднородной смеси нерастворимых жидкостей всегда лежит
Р = РВ + РА, откуда парциальное давление водяного пара над смесью
РВ = Р - РА.
При атмосферном давлении РВ < 760 мм.рт.ст., а насыщенному водяному пару с давлением меньше 760 мм.рт.ст. составляет температура ниже 100оС. Таким путём перегоняются жирные кислоты, анилин, нитробензол, скипидар и др.
Расход водяного пара на перегонку теоретически определяется из соотношения.
Практически, уходящие из перегонного аппарата водяные пары не насыщаются полностью парами отгоняемого компонента. Поэтому практическое GB всегда больше теоретически определяемого. Учитывая это, в уравнение расхода пара вводят коэффициент насыщения ϕ
Ректификация
Ректификацией называется процесс переноса компонента (компонентов) между кипящей жидкой и насыщенной
Ректификация
Ректификацией называется процесс переноса компонента (компонентов) между кипящей жидкой и насыщенной
При соприкосновении поднимающихся в колонне паров со стекающей вниз жидкостью происходит частичная конденсация паров и частичное испарение жидкости. При этом из паровой фазы конденсируется преимущественно высококипящий компонент (ВКК), а из жидкости испаряется преимущественно низкокипящий компонент (НКК). Таким образом, стекающая жидкость обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются НКК. Вверху колонны выходят пары, состоящие из одного НКК и при их конденсации образуется ректификат. Часть ректификата поступает в верхнюю часть колонны на орошение и называется флегмой. Из нижней части колонны вытекает жидкость, состоящая в основном из ВКК, её называют кубовым остатком.
Взаимодействие пара и жидкости на тарелке ректификационной колонны можно проследить на t-x-y диаграмме для бинарной смеси.
Пары А с нижней тарелки n-1 смешиваются на вышележащей тарелке n с жидкостью (флегмой) В. Пар А и флегма В не являются равновесными. Температура пара tA выше температуры флегмы tВ, поэтому пар при смешивании с флегмой частично конденсируется, а за счёт теплоты конденсации часть жидкости при этом испаряется.
Пар обогащается НКК, и точка А сдвигается по линии конденсации и
Пар обогащается НКК, и точка А сдвигается по линии конденсации и
Расчёт числа тарелок ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарных жидких
Расчёт числа тарелок ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарных жидких
Степень разделения жидкой смеси на составляющие компоненты и чистота получаемого дистиллята и кубового остатка зависят от поверхности фазового контакта. Поверхность же фазового контакта определяется количеством орошаемой флегмы и конструктивным оформлением аппарата. Количеством подаваемой флегмы на орошение определяется число теоретических тарелок в колонне. Разработано несколько методов расчёта числа теоретических тарелок, из которых для бинарных смесей широко применяется графический метод Мак Кэба и Тиле (1925 г.).
Метод основывается на следующих допущениях:
1. Молярная теплота испарения обоих компонентов одинакова. 1 кмоль сконденсировавшегося пара испаряет 1 кмоль жидкости. Поэтому количество пара и жидкости по высоте колонны не изменяется, а изменяется лишь их состав.
2. Исходная смесь и флегма имеют температуру, равную их температуре кипения.
3. Состав флегмы равен составу пара, поднимающегося с верхней части колонны, т.е. в дефлегматоре не происходит изменения состава пара.
4. Состав жидкости, стекающей с последней тарелки и нижней колонны, равен составу пара, поднимающегося из кипятильника, т.е. куб не производит разделяющего действия.
Уравнения рабочих линий процесса ректификации, необходимые для расчёта числа теоретических тарелок,
Уравнения рабочих линий процесса ректификации, необходимые для расчёта числа теоретических тарелок,
В общем виде уравнение имеет вид:
G ⋅ dy = - L ⋅ dx (1)
Количество пара, поднимающегося по колонне V после дефлегматора, даёт жидкость на орошение верхней части колонны Ф и дистиллята Gp
V = Ф + Gp, (2)
где Ф – количество флегмы, кг⋅моль/ч.
Gp – количество дистиллята, кг⋅моль/ч.
Вводя безразмерные отношения, получим
Таким образом, уравнение (1) принимает вид: (R + 1) ⋅ dy = - R ⋅ dx
Так как R + 1 и Rх неизменны, то
, откуда получим
(R
Так как R + 1 и Rх неизменны, то
, откуда получим
(R
По условию yp = хp
- уравнение рабочей линии верхней части
ректификационной колонны
Аналогично получим уравнение рабочей линии нижней части колонны, учитывая, что количество стекающей жидкости в этой части колонны возрастает на величину питания F.
Gf /Gp = F – называется числом питания,
где Gf – количество исходной смеси, кг⋅моль/ч.
Напишем уравнение материального баланса для нижней части колонны:
(R + 1) ⋅ dy = - (R + F) ⋅ dx (1)
Проинтегрируем его в пределах изменения состава пара от уw до у
Проинтегрируем его в пределах изменения состава пара от уw до у
хw – состав в мольных долях кубовой жидкости.
, откуда
(R + 1) ⋅ (у - уw) = (R + F) (х - хw)
После преобразования, учитывая из условия, что хw = уw, получим
Для колонны непрерывного действия остаются постоянными величины
тогда уравнения рабочих линий процесса есть уравнения прямых линий:
у = А ⋅ х + В, у = А1 ⋅ х - В1.