Ректификацией называют разделение смесей жидкостей, частично или полностью растворимых друг в друге и обладающих различными температурами кипения и парциальными давлениями паров, фракционирование осуществляют обычно в колонных аппаратах путем многократных частичного испарения разделяемой смеси (бинарной или многокомпонентной) и конденсации образующихся паров. Процессы ректификации широко распространены в химической технологии и применяются для получения разнообразных продуктов в чистом виде, а также для разделения газовых смесей после их сжижения (разделение воздуха на кислород и азот, разделение углеводородных газов и др.).
Принципиальная схема процесса ректификации показана на рис. 1-16. Здесь хL. — состав питания.
Основные уравнения процесса. Согласно правилу фаз (1,75), для системы, состоящей из двух фаз (Ф = 2) и двух распределяемых компонентов (К = 2), число степеней свободы, или число параметров, определяющих состояние системы, в отличие от абсорбции и экстракции, равно:
С = К + 2 — Ф = 2 + 2 - 2 = 2. Другие основные соотношения, характеризующие условия равновесия, рабочие условия и скорость ректификации, аналогичны соответствующим выражениям для процесса абсорбции. Уравнение линии равновесия для идеальных смесей будет:
где ax - относительная летучесть компонента в жидкой фазе.
Составим математическую модель процесса применительно к ректификации бинарной смеси в насадочной колонне. Основные параметры процесса показаны на рис. 1-17. К внешним независимым переменным относятся: скорость и состав питания; температура Т или агрегатные состояния компонентов смеси; рабочее давление Р. Внутренними независимыми переменными будут полные составы дистиллята и
|
Статическая модель процесса
Гидродинамические основы процесса определяются двумя основными взаимосвязанными факторами: моделью, или внутренней структурой потоков, и гидродинамическим режимом.
Модели потоков. При составлении математического описания процесса ректификации в насадочной колонне используются те же модели, что и для процесса абсорбции (см. стр. 25).
Гидродинамический режим характеризует параметры моделей потоков и величины, определяющие интенсивность массообмена. Ректификационные насадочные колонны работают в режимах, принципиально не отличающихся от режимов работы насадочных абсорберов (см. стр. 39).
Статические характеристики. В соответствии с моделью идеального вытеснения имеем:
укрепляющая часть колонны
исчерпывающая (отпарная) часть колонны
Согласно диффузионной модели, получим:
укрепляющая часть колонны
исчерпывающая часть колонны
В формулах (1,122)—(1,129) обозначены: uG, uL1, uL2 - линейные скорости паровой и жидкой фаз; Ку, К'у, Еу, Еx, Еу, Е'х — объемные коэффициенты массопередачи и коэффициенты продольного перемешивания для жидкости и пара в обеих частях колонны;
у, х — концентрации легколетучего компонента в паровой и жидкой фазах.
При расчетах принимается, что объемные коэффициенты массопередачи, линейные скорости и коэффициенты продольного перемешивания жидкой и паровой фаз не изменяются по высоте каждой секции колонны. Эти допущения тем более справедливы, чем ближе гидродинамический режим к режиму, отвечающему точке инверсии фаз.
В настоящее время экспериментально наиболее хорошо изучен режим эмульгирования. Применительно к процессам ректификации в результате обработки многочисленных опытных данных, полученных при работе с различными смесями, предложено следующее уравнение для определения эквивалентной высоты насадки в точке инверсии:
Здесь Reп — критерий Рейнольдса для пара; rж,rп — плотности жидкой и паровой фаз; т — тангенс угла наклона кривой равновесия. Удерживающая способность насадки находится по формуле (1,109). Практическое использование математической модели, основанной на предположении о наличии продольного перемешивания в жидкой и паровой фазах в насадочной колонне, связано с необходимостью предварительного определения основных параметров модели — коэффициентов массопередачи и продольного перемешивания. Уравнения для их расчета приведены в специальной литературе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.