1 5. Объясните устройство и принципы работы ректификационной колонны.
Ректификационная колонна – аппарат, предназначенный для разделения жидких смесей, составляющие которых имеют различную температуру кипения. Классическая колонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствами внутри.
Принцип работы
Упрощенная технологическая схема непрерывной ректификации
Исходная смесь, нагретая до температуры питания tf в паровой, парожидкостной или жидкой фазе, поступает в колонну в качестве питания (Gf). Зону, в которую подаётся питание, называют эвапорационной, т.к. там происходит процесс эвапорации — однократного отделения пара от жидкости.
Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, охлаждаются, конденсируются в холодильнике-конденсаторе и подаются обратно на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения (флегма). Т.о., в верхней части колонны (укрепляющей) противотоком движутся пары (снизу вверх) и стекает жидкость (сверху вниз). Стекая вниз по тарелкам, жидкость обогащается высококипящими компонентами, а пары поднимаются в верх колонны, обогащаясь легкокипящими компонентами. Т.о., отводимый с верха колонны продукт обогащен легкокипящим компонентом. Продукт, отводимый с верха колонны, называют дистиллятом. Часть дистиллята, сконденсированного в холодильнике и возвращённого обратно в колонну, называют флегмой. Отношение количества возвращаемой в колонну флегмы и количества отводимого дистиллята называется флегмовым числом.
Для создания восходящего потока паров в кубовой (нижней, отгонной) части ректификационной колонны часть кубовой жидкости направляют в теплообменник, образовавшиеся пары подают обратно под нижнюю тарелку колонны.
Кубовая жидкость, стекая сверху вниз по тарелкам, обогащается высококипящим компонентом, а пары обогащаются легкокипящим компонентом.
В случае, если
разгоняемый продукт состоит из двух
компонентов, конечными продуктами
являются дистиллят,
выходящий из верхней части колонны, и
кубовый
остаток
(менее летучий компонент в жидком виде,
вытекающий из нижней части колонны).
Ситуация
усложняется, если необходимо разделить
смесь, состоящую из большого количества
фракций. В этом случае используются
аппараты, подобные изображённому на
картинке.
16. Какие диаграммы используют для описания условий равновесия разделяемых смесей?
Строя линию рабочих концентраций на диаграмме равновесия, можно графически определить движущую силу процесса и направление переноса распределяемого компонента.
Если рабочая линия расположена выше кривой равновесия, то распределяемый компонент переходит из газовой фазы в жидкую. Примером такого процесса является абсорбция.
В случае же когда линия равновесия расположена выше рабочей линии, то распределяемый компонент переходит из жидкой фазы в газовую. Примером такого процесса является ректификация.
Движущую
силу процесса можно выразить как через
концентрации компонента в жидкой
фазе - ∆х, так и через концентрации в
газовой
фазе - ∆у.
Диаграмма слева соответствует переходу распределяемого компонента из газовой фазы в жидкую. Точка "А" соответствует такому диффузионному объему аппарата, в котором рабочие концентрации равны у и х. Соответствующие им равновесные составы равны х* и у*.
Движущая сила процесса, например, абсорбции равна ∆х = х* - х или ∆у = у - у*.
Диаграмма справа соответствует переходу компонента из жидкой фазы в газовую. Выберем на линии рабочих концентраций произвольно точку "А" с рабочими концентрациями х и у. Им соответствуют равновесные составы фаз у* и х*.
Движущая сила процесса, например, ректификации равна ∆х = х - х* или ∆у = у* - у.
Движущая сила при массообмене всегда положительна. Единицей измерения движущей силы в системе "жидкость-жидкость" является кг/м3 или мольные доли, в системе "жидкость-газ" – мольные доли или Па, если движущая сила выражена через разность парциальных давлений.
