Процессы тепломассообмена в расстворах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема простой непрерывной дистилляции. Уравнения материальных балансов по общим потокам и потокам низкокипящего компонента бинарной смеси

Рис. 1 Типовая схема выпарного аппарата непрерывного действия и основные потоки:

1- Выпарной аппарат, 2 - конденсатоотводчик, I-V - обозначение потоков.

Пометим крестом греющую камеру, в межтрубное пространство которой подводится насыщенный греющий пар в количестве при температуреТ(здесь и далее в ) и с энтальпией h. После конденсации пара образующийся конденсат (при использовании водяного пара - вода) отводится в том же количестве из нижней части этого пространства (теплоемкость конденсата при той же температуре конденсации Т. Исходный раствор с концентрацией при температуре в количестве поступает в трубное пространство выпарного аппарата. После удаления из раствора части растворителя W в виде вторичного пара (его температура , энтальпия i) получаютупаренный раствор в количествепри температуре кипения , соответствующей концентрации упаренного раствора. При выполнении тепловых расчетов выпарного аппарата необходимо также располагать теплоемкостями и исходного и упаренного растворов.

Специально подчеркнем, что характерной особенностью большинства конструкций выпарных аппаратов является интенсивное (практически - идеальное) перемешивание кипящего раствора и, следовательно, практически полное выпаривание его свойств (температуры кипения, концентрации, теплоемкости) по всему объему. Именно поэтому параметры (a, c) уходящего упаренного раствора принимаются равными таковым в зоне кипения раствора в аппарате.

Возможна организация непрерывной работы аппарата, представленного на рисунке. При этом непрерывно подается кг/с исходного раствора и Dкг/с греющего пара и непрерывно отводятся потоки W кг/с вторичного пара и кг/с -упаренного раствора.

Материальные баланса для непрерывного процесса:

- по общему потоку рабочего раствора

(8)

- по растворенному веществу

(9)

где в самом общем случае - концентрация вещества во вторичном паре. Так как при выпаривании твердое вещество в подавляющем большинстве случаев практически нелетучее, то вторичный пар, очищаемый в брызгоулавливающих устройствах от капель жидкости, представляет собой пары чистого растворителя, т.е.

Совместное решение (8) и (9) дает для вторичного пара на основе производительности по исходному раствору (исключается )

(10)

а по упаренному раствору ( исключается )

(11)

Таким образом, при принятом способе выражения концентрации вещества в растворе количество удаляемого растворителя зависит не от разности концентраций (), а от их отношения.

Температурные депрессии при кипении растворов

Важнейшим параметром процесса выпаривания является температура кипения растворов . она зависит от химической природы растворенного твердого вещества и растворителя, причем растет с повышением давления над раствором и с увеличением концентрации растворенного вещества. От температуры кипения раствора в значительной степени зависят выбор теплоносителя (и его параметров), расход теплоты и теплоносителя, движущая сила процесса теплопередачи и величина необходимой поверхности теплопередачи F.

Разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении получила название температурной депрессии для раствора данной концентрации a.

В справочной литературе обычно приводятся экспериментально найденные температуры кипения или депрессии растворов различных солей при атмосферном давлении в виде таблиц и графиков , а также ; такие температуры кипения и температурные депрессии называют стандартными и обозначают и .

В случае рабочего давления, отличного от атмосферного, температуры кипения раствора и чистого растворителя отличаются от стандартных в большую (при p>1 атм) и в меньшую (при p<1 атм) стороны. При этом значение находят по таблицам насыщенных паров для чистого растворителя (если растворитель - вода, то по таблицам для чистого растворителя водяного пара) при имеющимся расчетными соотношениями: получают для воды при p>1 атм и при p<1 атм. Если рабочее давление мало отличается от атмосферного (например, на 0,01-0,03 МПа; величина такого отклонения определяется допустимой погрешностью расчета), то можно приближенно принять, что рабочая депрессия близка к стандартной: ; тогда рабочая температура кипения

. (3)

Процесс выпаривания нередко проводят при давлениях над кипящим раствором в несколько атмосфер (обычно до 5-6 ат, т.е. 0,5-0,6 МПа) либо при существенном разрежении даже несколько ниже). В этих случаях от стандартного значения заметно отличается не только температура кипения чистого растворителя , но и величина депрессии .

Для расчета депрессии при давлениях, отличных от атмосферного, пользуются формулой

(4)

где - температурная депрессия соответственно при заданном и атмосферном давлении; Т- абсолютная температура; r- теплота парообразования воды при заданном давлении.

Сущность процесса ректификации, основные понятия и определения. Материальные и тепловые потоки в ректификационной колонне

Ректификация - разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси. При этом пар непрерывно обогащается низкокипящим (легколетучим) компонентом, а жидкость - высококипящим (труднолетучим) компонентом. Ректификацией может быть достигнута любая заданная степень разделения жидких смесей. Ректификация является сложным процессом дистилляции.

Сущность процесса ректификации можно охарактеризовать как разделение жидкой смеси на дистиллят и остаток в результате противоточного взаимодействия жидкости с парами.

Процессы ректификации осуществляются периодически или непрерывно при различных давлениях: под атмосферным давлением, под вакуумом (для разделения смесей высококипящих веществ), а также под давлением больше атмосферного.

Фракционная перегонка - способ перегонки с разделением смеси на несколько фракций, в различной степени обогащенных летучим компонентом. дистилляция дисперсия раствор ректификация

Этот процесс имеет большое значение в химической технике. В качестве примеров достаточно указать на разделение природных углеводородов нефти и синтетических углеводородов с целью получения моторных топлив, на выделение индивидуальных газов из их смесей путем предварительного ожижения и последующей ректификации жидкой смеси.

Задача разделения многокомпонентных смесей в практике встречается гораздо чаще, чем двухкомпонентных, поэтому ректификация многокомпонентных смесей является основным процессом ректификации в производствах.

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Известные равновесные данные для конкретной смеси позволяют проанализировать возможность разделения этой смеси, найти предельные концентрации разделения и рассчитать движущую силу процесса.

Аппараты, предназначенные для проведения процессов абсорбции и ректификации, называют соответственно абсорберами и ректификационными колонами. В зависимости от способа создания поверхности фазового контакта эти аппараты можно подразделить на три основные группы:

А) аппараты, в которых поверхностью фазового контакта является поверхность жидкости, растекающейся по специальной насадке;

Б) аппараты, в которых поверхность фазового контакта создается потоками газа (пара) и жидкости;

В) аппараты, в которых поверхность фазового контакта создается путем разбрызгивания жидкости

Размещено на Allbest.ru