Перегонка жидкостей. Ректификация

Реферат

Перегонка жидкостей — процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получают жидкость-конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты).

Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением (упругостью) пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего (или низкокипящего — НК) компонента в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего (или высококипящего — ВК) компонента при этом должна увеличиться.

В простейшем случае перегонка почти не отличается от выпарки. При выпарке подвергаются растворы, состоящие из летучего растворителя и практически нелетучего растворенного вещества, а при перегонке в пар переходят и растворитель и растворенное вещество.

Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Перегонку подразделяют на два основных вида: простую перегонку (или дистилляцию) и ректификацию. К простой перегонке относят также перегонку с водяным паром и молекулярную дистилляцию.

простой перегонкой

Равновесие в системе жидкость-пар. Закон Рауля

В общем случае жидкая смесь может состоять из нескольких компонентов. В простейшем случае- из двух, например из компонентов А и В. Характер поведения жидкой смеси зависит главным образом от природы составляющих ее веществ и давления.

Для идеальных растворов характерно то, что сила взаимодействия между всеми молекулами (одноименными и разноименными) равна. При этом общая сила, с которой молекула удерживается в смеси, не зависит от состава смеси. Очевидно, что парциальное давление в этом случае должно зависеть лишь от числа молекул, достигающих в единицу времени поверхности жидкости со скоростью, необходимой для преодоления сил внутреннего притяжения молекул, т. е. при данной температуре давление соответствующего компонента возрастает пропорционально его содержанию в жидкой смеси (закон Рауля):

8 стр., 3611 слов

Сущность перегонки

... подвергающиеся при этом разложению; в) перегонка с водяным паром - для очистки веществ от смолистых примесей. Исходя из различий в температурах кипения компонентов смеси, применяют простую (прямоточную) или ... нелетучих веществ. Для разделения смесей жидкостей, температуры кипения которых различаются более, чем на 80 оС. Рис. 1. Стандартный прибор для перегонки жидкостей на шлифах Основными частями ...

Равновесие в системе жидкость пар закон рауля 1 (1)

такой температуры, выше которой газ при увеличении давления не сжижается

3. Ректификация

Процесс ректификации осуществляется в ректификационных тарельчатых или насадочных аппаратах колонного типа. Для создания разности температур потоков в нижнюю часть колонны подводят тепло, а из ее верхней части тепло отводят.

В реальных условиях ректификационной колонны равновесие уходящих из контактной зоны потоков пара и жидкости может не достигаться, в связи с чем эти потоки будут иметь разные температуры, а их составы определяться не только уравнениями равновесия, но и более сложными зависимостями.

концентрационной

Основными рабочими параметрами процесса ректификации

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.

Основными рабочими параметрами процесса ректификации 1

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).

21 стр., 10048 слов

Модернизация колонны ректификации очистки бутадиена от метилацетилена ...

... ректификационных колонн №11/1 и №11/2 и десорбционной колонны №18/1 (2). Резервный блок экстрактивной ректификации состоит из двух ректификационных колонн №211, 218. На блоках экстрактивной ректификации ... Производство постепенно стабилизировалось. Восстанавливались сырьевые потоки и рынки сбыта, возобновлялись и ... в окружающую среду. Целью бакалаврской работы – повышение производительности блока очистки ...

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,x F -поток (кмоль/с) и концентрация (молярные доли) НК исходной смеси;

Р,х Р — поток и концентрация НК дистиллята;

W,x w — поток и концентрация НК кубового остатка;

Ф,х ф -поток и концентрация НК флегмы;

  • G- количество пара (кмоль/с), выходящего из колонны.

Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей 1

Материальный баланс по низкокипящему компоненту:

Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей 2

Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей 3

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 + х Р /(R +1)

где R — флегмовое число — отношение количества флегмы к количеству дистиллята, R= Ф/Р х Р — концентрация низкокипящего компонента в дистилляте.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/peregonka-i-rektifikatsiya/

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