Тепловой баланс ректификационной колонны.

Рис. 5.42 К выводу теплового

баланса ректификационной колонны.

 

(5.128)

 

кипятильник пар из колонны

исходная смесь кубовый остаток

флегма потери в окружающую среду

 

C учетом того, что

 

, имеем

 

(3.28)

r_ф = H_G – H_ф.

(3.29)

Здесь: - теплота испарения флегмы,

- теплота на испарение дистиллята,

- теплота на обогрев кубового остатка от температуры исходной смеси, до температуры остатка.

 

Расход греющего пара в кипятильнике

, (3.30)

где r- теплота парообразования гр. пара.

Расход теплоты на ректификацию велик. Поэтому необходимо предусмотреть рекуперацию части тепла.

 

3.5 Периодическая ректификация

 

Рис.5.43 Схема установки периодической ректификации.

 

 

Исходной смеси мало ее надо накапливать. Поэтому процесс периодический.

Периодическая ректификация может осуществляется двумя способами:

· При постоянном составе дистиллята (x_P=const);

· При постоянном флегмовом числе (Rp=const).

Случай x_p=const

С течением времени в кубе НК уменьшается, поэтому количество флегмы должно быть увеличено. Необходимо регулировать изменение флегмы по времени.

На рис.5.44 представлено изменение состава кубового жидкости от R по НК.

Рис.5.44 Определение диапозона изменения флегмового числа (x_W=f(R)).

 

- общий материальный баланс.

- материальный баланс по НК.

(3.31)

 

 

Рис.5.45 Зависимость

состава дистиллята от

состава кубовой жидкости

Случай R_р=const

Состав получаемого дистиллята меняется по времени. Получается фракционная перегонка.

Расчет сводится к определению рабочего флегмового числа на начальный момент времени работы установки. Для этого задаются начальным составом дистиллята х_р. Для определения средних фракций смеряется х_р = f(x_w). Определение количества отбираемых фракций дистиллята Р проводят с помощью уравнений материального баланса, пренебрегаем при этом величиной задержки жидкости в колонне.

3.6 Ректификация многокомпонентных смесей

Если в составе многокомпонентной смеси k компонентов, то кол-во аппаратов для их разделения N=k-1. (с последнего аппарата снимается дистиллят и кубовый остаток). При этом каждая колонна простая.

Если не требуется четкого разделения каждой смеси на составляющие компоненты, а достаточно получать фракции определенного состава. То процесс можно осуществлять в одной колонне, отбирая по ее высоте нужные фракции компонентов. Такая колонна называется сложной.

Организация материальных и тепловых потоков в сложных колоннах для многокомпонентной ректификации не отличается от организации потоков для бинарных смесей.

Материальный баланс колонны по потоку:

(3.32)

по i-му компоненту:

(3.33)

Заменим из (3.32) получим:

(3.34)

ε- относительный отбор дистиллята

Аналогично для смеси нескольких компонентов:

(3.35)

Относительный отбор кубового остатка.

(3.36)

При этом соблюдается условие:

(3.37)

Для укрепляющей части колонны уравнение рабочей линий:

(3.38).

Для исчерпывающей части колонны

(3.39).

где

Уравнение теплового баланса имеет вид (3.29).

Основа расчета:

· система уравнений материального баланса;

· теплового баланса;

· уравнение равновесия и рабочих линий.

 

3.7. Экстрактивная и азеотропная ректификация.

 

Разделение компонентов с близкими температурами кипения, относительные летучести α которых близки к 1, сопряжено со значительными трудностями.

предельный случай. Если α невелика, то такую смесь можно разделить под вакуумом. Экономически целесообразно использование разделяющего компонента избирательного действия.

Разделяющий компонент (РК) повышает давление пара НК. в большей степени, чем давление пара ВК.

Резкое увеличение облегчает разделение смеси, но влечет за собой последующий процесс разделения смеси, которые удаляются с остатком. Т.е. РК. выводятся с кубовым остатком. Это и есть экстрактивная ректификация.

При экстрактивной ректификации РК должен обладать значительно меньшей летучестью, чем компоненты исходной смеси. Получаем чистый дистиллят.

При азеотропной ректификации РК образует азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется из ректификационной колонны в качестве дистиллята. Такие РК должны быть летучими веществами. При этом ВК. (почти чистый) получают в виде

 

 

ЭКСТРАКЦИЯ.

 

Экстракция – процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и значительно слабее или практически вовсе не растворяются остальные компоненты исходной смеси. В химической технологии экстракция из растворов экстрагентами более распространена, чем экстракция из твердых тел.

 

Жидкостная экстракция

 

Процесс экстракции обычно экономически выгоднее ректификации, поскольку при экстракции не нужно испарять всю жидкую смесь.

Обычно жидкостную экстракцию с сочетают с ректификацией, которую применяют для регенерации экстрагента. Экстракт – раствор извлеченных веществ в экстрагенте, рафинат – остаточный исходный раствор.

На рис. 5.47 представлена схема без регенерации. Чаще всего используются схемы с регенерацией экстрагента.

 

Рис. 5.47 Схема проведения экстракционных процессов