Способы перегонки жидкостей

Перегонка – это процесс частичного испарения жидкости или конденсации паров, проводимый для получения одного из продуктов обогащенного НКК или ВКК. Образующийся при этом отгон в паровой фазе, обогащенный НКК, подвергают в дальнейшем конденсации. Процесс перегонки осуществляется 6-мя способами:

- однократное испарение и однократная конденсация (эти процессы характеризуются тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием [однократно]. Принимается, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы находятся в равновесии).

- многократное испарение многократная конденсация (процессы состоят в многократном процессе повторения процессов ОИ и ОК для более полного разделения смеси).

- постепенное испарение и постепенная конденсация (эти процессы осуществляются так, что пары, образовавшиеся при испарении или конденсации, удаляются из системы непрерывно в момент их образования).

Однократное испарение

Испарение – процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное. Процесс характеризуется тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием (однократно). Принимается, что фазы находятся в равновесии. Рассматриваются 2-х компонентные смеси.

G

сепаратор

F испаритель t

g

(1) – материальный баланс процесса ОИ; где F – масса исходной смеси, G – масса обра-

зовавшихся паров, g – масса образовавшейся жидкости.

(2) – материальный баланс ОИ для НКК; где - исходная концентрация смеси

y – концентрация паровой фазы, х – концентрация жидкой фазы.

(3)

поделим обе части уравнения на F →

(4)

(5)

подставим (5) в (4) →

(6)

из урав (6) →

(7) –доля отгона. Это отношение массы образов.паров к массе исходной смеси.

(8) – мольная доля отгона

(9) – связь доли отгона с мольной долей отгона; где -средняя мольная

масса паров, - мольная масса исходной жидкой смеси.

Процесс ОИ связан с подводом тепла

(1) – тепловой баланс процесса ОИ; где - тепло исходной смеси.

(2)

(3) – приведенная энтальпия сырья, которая определяет количество введенного

тепла, приходящегося на единицу массы исходного сырья.

- уравнение прямой, проходящей через 3 точки: a ( , ); b(x, ); c(y, ).

Исходная смесь при тем-ре и концентрации НКК соответствует т.F,f. Нагреванию смеси от до соответствует прямая F-B’,f-b’, при этом состав исходной смеси не меняется. В т.B’,b’ – тем-ра соответствует тем-ре кипения при е=0. Образующийся при этом пар находится в равновесии с жидкостью. При нагреве сырья от до t, ему сообщается тепло - т.а, A. В этой точке система будет состоять из жидкой и паровой фаз, составов x и y. Составы и энтальпии жидкости и пара определяются т.b, B, C, c.

отрезок ba, BA пропорционален массе отгона G, а отрезок ac, AC –массе исходной смеси.

При нагревании до смесь перейдет в парообразное состояние, при этом е=1. Состав этого пара – т.с”, C”, при этом . Состав и энтальпия жидкого остатка определяются т.b”, B”. - t конца процесса ОИ. При нагревании выше система будет состоять из перегревшего пара состава . При понижении тем-ры будет охлаждение паров, а с т.с”, C” их конденсация. Степень конденсации:

.

Постепенное испарение

G конденсатор

испаритель

Процесс осуществляется так, что пары, образовавшиеся при испарении, удаляются из системы непрерывно в момент их образования. Образовавшиеся в системе паровая и жидкая фазы всегда находятся в состоянии равновесия.

(1) – материальный баланс по НКК для элементарного процесса; где g

– масса загрузки в испарители, x – концентрация в ней НКК, dg -

часть испарившейся жидкости, dx – изменившийся состав жидкой

фазы, (x-dx) – новый состав жидкости, y – состав паровой фазы.

Из уравнения (1) →

(2) – уравнение Рейлея.

(3) – пар находится в равновесии с жидкостью.

(4) – уравнение КРФ через y.

подставим урав (4) в урав (2) →

- уравнение Рейлея, используется для определения по результатам постепенной перегонки.

- средний состав отгона.

Постепенная конденсация

G

F

конденсатор

приемники

(1) – материальный баланс для бесконечно малой массы

сконденсированных паров

Из уравнения (1) →

(2) – уравнение Рейлея.

(3) – пар находится в равновесии с жидкостью.

(4) – уравнение КРФ через x.

подставим урав (4) в урав (2) →

- уравнение Рейлея, используется для определения в интервале температур конденсации.

- средний состав конденсата.

Многократное испарение

Процесс многократного испарения состоит из повторений процесса однократного испарения для более полного разделения исходной смеси.

сепаратор сепаратор

F испаритель испаритель

Пусть многократному испарению подвергается смесь с содержанием НКК , находящаяся при тем-ре - т.F, f.

Проводим ОИ при тем-ре будут получены составы жидкой и паровой фаз и , при этом на первой ступени: ,относ.кол-во исп.ж-и:

, масса жидкого остатка:

.Жидкий остаток подвергают ОИ во второй ступени при . Образовавшиеся жидкая и паровая фазы будут иметь состав и . , доля неиспарившейся жидкости: . Масса жидкого остатка:

. После проведения (к) ступеней ОИ, масса жидкости:

. С повышением ступеней ОИ, уменьшается масса жидкого остатка. Процесс МИ – линия .

Многократная конденсация

сепаратор сепаратор

F

конденсатор конденсатор

При охлаждении паров с начальной концентрацией НКК

от - т.F (f) до происходит частичная конденсация. Масса парового остатка: .

На второй ступени паровой остаток охлаждается от до → еще часть паров сконденсируется и масса остатка:

После к-ой ступени конденсации, масса остатка будет:

.

Процесс МК:

.