Адсорбция

Рабочие диаграммы процессов

Прямоток Противоток

Динамика процесса периодической адсорбции

В идеальном случае у_Н=0 в начальный момент (мгновенный массобмен)

В случае проскока у_Н= у_к при времени τ_{проскола}

В идеальном аппарате нет эффекта продольного перемешивания, массобмен происходит мгновенно.

τ₀ – потеря времени защитного действия колонки, время формирования фронта сорбции

- коэффициент защитного действия колонки

τ_пр=уравнение Шилова

На практике используют адсорберы периодического действия

I стадия - адсорбция

II стадия – регенерация (перегретый пар, горячий воздух)

III стадия - охлаждение

IV стадия – сушка (осушка) сорбента

Ставят 4 адсорбера

Непрерывная противоточная адсорбция

Уравнение материального баланса:

Wy_H+G_Tx_H= Wy_к+G_Tx_к

Уравнение рабочей линии

y_к=

tgα= ; y_p=m_px

Оценка массообменной эффективности аппаратов

Роторно-дисковый экстрактор.

1) Н_р=N_теорВЭТТ

↓

Высота эквививалентная теоретической тарелке.

2) Н_р=ВЕП·S→число единиц переноса

↓

Высота единицы переноса

Графическое определение числа теоретических тарелок

Концентрации у_n и х_n - равновесные

в потоке сопряженные концентрации

Противоток

В реальных условиях не достигаем равновесия

N_действ=

Прямоток

Расчет через ВЕТ

Насадочный аппарат

ВЭТТ=h_экв

h_экв – высота слоя насадки, равнозначная по своему действию высоте одной теоретической тарелки

Для n-ой тарелки количество передаваемой массы

М=D()=к_оуΔу_срF

F=

Δу_ср - ?

α=- отношение потоков фаз

ΔABCD

ΔBCD

ABCD

Δx_n=

y^p_n+1 - y^p_n=( y^p_n - y^p_n-1)= ( y^p_n - y^p_n-1) =А

А – фактор массообмена (линия фазового равновесия и рабочая линия)

А ( y^p_n - y^p_n-1)

(Δу)_ср=( y^p_n - y^p_n-1)

h_экв=

1. h_экв,меняется по высоте

2. для насадочных аппаратов нельзя определить истинную м/ф п оверхность

()=кV

3. сложности в расчете к_оу

эмпирические формулы для расчета к_оу

Н_расч= N_теор∙ h_экв

Расчет через ВЭП

dM=D(y+dy)-Dy=Ddy

dM=коу(y_р-y)-df

dF=dV=dHf

Ddy=коу(y_р-y) fdH

=

ВЕП_у=;=S_у - число единиц переноса

Н= ВЕП_у· S_у= ВЕП_х· S_х

ВЕП_х=

Диаметр массообменных аппаратов

Уравнение расхода

Для насадочных аппаратов

W_раб=0,7÷0,8W_захл

Ректификация А=0,022

Адсорбция А=-0,125

Тарельчатые аппараты

W_доп=0,059

W_раб=0,9W_доп

Абсорбция

Экстракция при частичной взаимной растворимости фаз

Однократная экстракция.

FЭ - смешение

М – точка в области рассл.

=;FЭ= FМ+МЭ

=

Расслаивание по коноде RE;

=;M=W+Э=R+E

=→E; R=M-E

Фазы не смешиваются Фазы частично растворимы

(не растворяются) друг в друге

Вода – фенол – керосин

y; х[]

Равновесие

y_р=m_px m_p – коэффициент распределения

m_p=- отношение, равное конц. переход.

коэффициента в Э и Р

Вода – ацетон – C₆H₅Cl (хлорбензол) – фазы частично смешиваются

М – конц. 3^х к-тов в смеш. х_э+х_пк+х_р=1=100 %

Равновесие

1- бинарная смесь

Р2 – растворимость Э в растворителе

3Э – растворимость Р в Э

Пк-1 - смешение→М

М – точка смеси расслоиласьRМЕ

т.Е и т.R – равновесие конц., Е(у_р), т.R(х_р)

Конода – линия равновесных концентраций

Экстракция в области II

Давление не оказывает влияние на фазовое р-е в ЖЭ, влияние t существенно

t₃>t₂> t₁ С ростом t взаимная растворимость фаз ↑, гетерогенная область ↓

Требования к эксперименту:

1.Селективность, дешевизна, легкость регенерации, нетоксичность, пожаро- и взрывоопасность.

ИВ – ид. вытеснение

_ _ _ реальный профиль С

q_M==

где - общие коэффициенты массопередачи

F – пов-ть массообмена

Жидкостная экстракция

Однократная экстракция при взаимной нерастворимости фаз.

m_p=const

W= const D= const mp= const

W_XH+D_УH=W_XК+D_УК

х_к и у_к – равновесные у_к=m_p х_к

W_XH=W_XК+m_pD_ХК

х_к==- фактор м/о

х_к=

ε – степень извлечения

ε==1-=1-

ε→1 когда А→

Однократная экстракция при взаимной нерастворимости фаз и m_pconst

у_р=m_pх_к m_pconst у_н и х_н – известны tgα=

Перекрестная (дробная) экстракция

m_pconst при tgα= const – max экстракция

Fτ_дист=- графический интеграл

Fτ_нагр + Fτ_дист= F(τ_нагр+τ_дист)

Жидкостная экстракция

Извлечение из жидкой среды целевого к-та жидким экстрагентом.

Ящичный экстрактор

Водная фаза – сплошная

Орг. ф – дисперсная фаза

Роторно-дисковый экстрактр

Виброэкстрактор

Фазовое равновесие в жидкостной экстракции

3. Системы с взаимной нерастворимостью фаз

Вода-бензойная кислота-керосин

у_р=m_pх

m_p- отношение равновесных конц. ПК в экстракте и рафинате

4. Системы с частично взаимной разностью фаз.

Фазовое равновесие таких систем изображено в диаграмме

Вершины – инд. ком-ты

Стороны – бинарные смеси

М - тройная система

х_н+х_р+х_э=1

АМ₁-смешение

Конода-линия равновесной концентрации

m_p=у/х

Внешнее р не влияет на фазовое равновесие при ЖЭ.

С ростом t увеличивается взаимная разность фаз,

Гетерогенная область t.

Непрерывная противоточная экстракция при взаимной нерастворимости фаз.

Wх_H+D_У=Wх+Dу_К

у=(х-х_н)+у_к – рабочая линия

Экстракция при частичной взаимной растворимости фаз

Однократная экстракция.

FЭ - смешение

М – точка в области рассл.

=;FЭ= FМ+МЭ

=

Расслаивание по коноде RE;

=;M=W+Э=R+E

=→E; R=M-E

Непрерывная противоточная экстракция

(взаимная частичная растворимость фаз)

W+Э=R_к+E_к

Матбаланс по потокам

Э+R_i= E_i+ R_к

1. Э+R_k=… E_i+ R_i…= E_к-W=C₁(const)

Потоки экстрактов и рафинатов по высоте колонны меняются за счет частичной разности фаз, но разность этих потоков для любого ечения const.

Материальный баланс по переходному к-ту

(а)Э_ун-R_kx_k=…= E_iy_i- R_ix_i=…= E_ky_k-Wx_H=C₂

Количество переходных констант (ПК) в фазах по высоте колонны меняется, но для каждого сечения разность ПК в фазах const.

Разделим (б) на (а)

==…==C=P

Приведенная концентрация ПК общая для любого сечения колонны.

Дано: W;xH т.F Эун т.Э

FЭ – правило сложения р-ров

По правилу рычага М

Е_к – по правилу вычитания р-ров

Пересечение лучей даст т.Р (полюс)

Луч – аналог рабочей линии в жидк. экстракции

(х_н;у_к – сопряженные конц.; х_к;у_н – сопряженные конц.)

Лучи выделяют область диаграммы, где будет проходить реальный процесс→число теорет.ступеней

у_ки х₁ – равновесные конц. (на коноде)

у₂ и х₁ – сопряженные конц. (на луче)

Луч – конода – теор.ступень – 3 теор. ступени

Экстрагирование (выщелачивание)

Извлечение из твердых инертов ценных к-тов с помощью жидких экстрагентов.

Шлам L - количество захвачен. экстракта

нижним продуктом G

Процесс построим в Δ диаграмме

А – извл.к-т

Т – тверд.инерт

ТN – линия насыщения

Для области ненас.р-ров переносим линию

нижнего продукта

TE-y=const

G-точка нижнего продукта

правило рычага

т.G(точка нижнего продукта)

Процесс однократного выщелачивания

FЭ – линия смешения

М – точка смеси (по правилу рычага)

ТЕ – хорда (линия рассл. у= const)

Методом прессования из нижнего продукта

G удалили экст-т. Получили:

Рис.98 FK ()

Экстрагирование с помощью СО₂