Коллоквиум 4 Оборудование
Аппаратурное разделение многокомпонентных смесей.
Прямоточная, противоточная конденсация.
Конденсация из газовой фазы
Конденсация из газовой смеси производится в конденсаторах проточного типа. Различают два способа ее проведения: это прямоточная конденсация и противоточная конденсация. При прямоточной конденсации газ движется сверху вниз вместе с конденсатом.
В этом случае газ по всему объему и на выходе находится в равновесии с образующейся жидкостью. Самая низкая температура в нижней части аппарата, поэтому выходящий конденсат содержит максимальное количество легколетучщих компонентов.
При противоточной конденсации газ движется снизу вверх на встречу стекающему конденсату. Эта конденсация получила широкое применение. В этом случае на ряду с процессом конденсации происходит массобмен между фазами, напоминающий массобмен при ректификации. В результате в выходящем газе максимум легкокипящих и минимум труднолетучих компонентов, а в конденсате наоборот.
Уравнение материального прямотока.
Основы процессы рис. 6.7, 6.8
Уравнение материального баланса прямотока.
Пусть N-моль газовй смеси состоящий из n-компонентов с концентрацией yN1, yN2… yNn массовых доли. При конденсации образуется L-моль конденсата, тогда (N-L) моль несконденсировавшегося газа.
Пусть y1, y2 … yn – концентрация компонентов в несконденсировавшемся газе x1, x2 … xn – концентрации в конденсате.
По каждому компоненту можно составить уравнение материального балана, которое запишется в следующем образом:
Выразим у согласно закону Дальтона, тогда:
Выразим все эти уравнения относительно х:
Задаются значением
L1
и определяют х1
, х2
… хn
и т.д. Затем суммируют х, если L
задана правильно, то
.
Если нет, то сумма будет не равна 1, тогда
задаются L2.
Суммируют повторно, если верно, то
,
если нет, то тогда Lист.
находят интерполяцией.
Расчет противоточной конденсации
Точного метода для расчета противоточной конденсации нет, есть приближенные методы с использованием степени извлечения.
Это доля компонентов
(данного) перешедшего в конденсат, где
в
– это количество компонента перешедшего
в конденсат,
– это количество данного компонента в
газе, поступающего в конденсатор.
Предполагается, что отношение степени
извлечения отдельных компонентов
обратно пропорциональны отношению
констант фазового равновесия в
соответствующих компонентов.
Пользуясь этим компонентом по заданной степени извлечения, подсчитывают степени извлечения всех компонентов в смеси, а также состав остаточного газа и конденсата.
Конденсационно-отпарные колоны.
Конденсационно-отпарные колоны используются при необходимости разделения смесей веществ с близкими физико-химическими свойствами.
Аппарат состоит из верхней – конденсационной части рис 6.9. поз.1 и нижней – отпарной части поз.2 рис. 6.9. В межтрубное пространство подается хладагент. Газ, подлежащий конденсации, подается в пространство между конденсационной и отпарной частями колоны. В конденсационной части колоны создается создается температура, обеспечивающая практически полную степень конденсации целевых продуктов. Остаточный газ не содержит высококипящие компоненты. Иногда конденсационная часть выполняется в виде насадочной или тарельчатой колоны. В верхней части которой расположен змеевик или трубчатка, охлаждаемые хладагентом. Конденсат стекает в отпарную часть содержащую значительное количество легкокипящих продуктов. Удаление их из конденсата основное назначение отпарной части колоны. Конденсат нагревается в кубе колоны с помощью змеевика или выносного трубчатного нагревателя. При этом испаряются легкокипящие компоненты и части целевых веществ. Для улавливания целевых продуктов отпарная часть колоны снабжается тарелками поз. 3 или насадкой на которой проходят процессы характерные для ректификации. Из отпарной части пары вместе со свежим газом конденсируются в конденсационную часть, где окончательно извлекаются все высококипящие вещества. Конденсат и газ получаются в заданных составах без потерь и достигается это за счет рециркуляции части конденсата внутри колоны. Это приводит к дополнительным затратам холода и тепла. Это основной недостаток конденсационно-отпарных колон.