Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Непрерывная бинарная ректификация. Основные предпосылки и допущения

Модели процессов Ректификации

Перегонка жидкостей представляет собой процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получают жидкость - конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты).

Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением (упругостью) пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего (или низкокипящего - НК) компонента в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. Очевидно, что в неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего (или высококипящего – ВК) компонента при этом должна увеличиться.

В простейшем случае перегонка почти не отличается от выпарки. Но выпарке подвергаются растворы, состоящие из летучего растворителя и практически нелетучего растворенного вещества, а при перегонке в пар переходят и растворитель, и растворенное вещество. Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Перегонку подразделяют на два основных вида: простую перегонку (или дистилляцию) и ректификацию. К простой перегонке относят также перегонку с водяным паром и молекулярную дистилляцию.

Под простой перегонкой понимают процесс однократного частичного испарения исходной жидкой смеси и конденсации образующихся при этом паров. Ее применяют для разделения смесей, представляющих собой легколетучее вещество с некоторым содержанием весьма труднолетучих веществ. Обычно простую перегонку используют для предварительного разделения, очистки веществ от примесей, смол, загрязнений. При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся неиспаренной жидкость – остатком.

Ректификация – наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров.

 

Основными типами аппаратов для проведения процесса ректификации являются тарельчатые и насадочные колонны, которые по устройству принципиально не отличаются от тарельчатых и насадочных абсорберов. В ряде случаев, в основном для ректификации под вакуумом, используют пленочные колонны. Процесс ректификации осуществляется при атмосферном и повышенном давлениях, под вакуумом. Под избыточным давлением обычно проводят ректификацию сжиженных газов, например, для разделения кислорода и азота; под вакуумом – для разделения высококипящих и нетермостойких веществ, а также смесей компонентов с близкими температурами кипения. Ректификацию обычно проводят в установках непрерывного действия. Периодическую ректификацию используют в случае часто меняющихся по составу смесей и при небольших производительностях. В ректификационной колонне осуществляется разделение сложной смеси углеводородов, каковой является нефть, на отдельные составляющие (компоненты, фракции) с различной степенью летучести, т. е. способностью образовывать пар.

Принцип ректификации наглядно виден из анализа диаграммы t - х,у (рис. 2.17).

При нагревании исходной смеси состава x1 до температуры t1 кипения получим пар, находящийся в равновесии с жидкостью. При конденсации этого пара образуется жидкость (конденсат) состава у* = х2, которая обогащена НК. Нагрев эту жидкость до t2 и сконденсировав образующиеся пары, получим конденсат состава , причем x3 > х2, т.е. жидкость еще больше обогатилась НК. Таким образом, можно получить жидкость, практически состоящую из НК. Аналогично можно провести процесс обогащения разделяемой жидкости высококипящим компонентом. Описанный процесс в принципе можно осуществить в многоступенчатой установке, каждая ступень которой является аппаратом простой перегонки. Однако так организуют процесс ректификации крайне редко из-за громоздкости и неэкономичности подобной установки.

 

 

Рис. 2.17. Фазовая диаграмма t - х, у

 

 

Схематически принцип устройства колонны показан на рис. 2.18. Она представляет собой вертикальный цилиндр, внутри которого расположены тарелки, способные удерживать некоторое количество жидкости. На одну из тарелок, называемую тарелкой питания и расположенную в средней части колонны, подается сырье, то есть разделяемая смесь. Снизу в колонну подается водяной пар под определенным давлением. В самой нижней части колонны образуется некоторое количество конденсата паров разделяемой смеси, так называемая кубовая жидкость, которая пополняется также за счет перелива с тарелок. Уровень кубовой жидкости регулируется величиной отбора с разделением на два потока: один выводится из процесса, а второй испаряется в кипятильнике и вместе с потоком водяного пара подается в нижнюю часть колонны. Легколетучие компоненты разделяемой смеси поднимаются вверх, попадают в конденсатор и после перехода в жидкую фазу благодаря охлаждению водой разделяются на два потока. Один поток отбирается в виде готового продукта (дистиллята), а второй подается обратно в верхнюю часть колонны для обеспечения более полного разделения с помощью многократной циркуляции; он называется потоком орошения.

Рис. 2.18. Колонна ректификации

 

Нефть представляет собой многокомпонентную смесь, однако при изучении принципа действия колонны удобнее рассматривать так называемую бинарную ректификацию или разделение двухкомпонентной смеси, состоящей из более летучего и менее летучего компонентов.

Математическое описание процесса ректификации можно осуществить двумя методами. Первый метод основан на рассмотрении колонны как объекта с распределенными по высоте параметрами. Это в значительной мере соответствует действительному положению, но приводит к уравнениям в частных производных, что всегда менее предпочтительно.

Второй метод базируется на представлении колонны в виде ячеечной структуры, когда каждая тарелка рассматривается как отдельная ячейка. В пределах ячейки параметры (или часть их) считаются постоянными, а изменение происходит скачкообразно от ячейки к ячейке.

Такой метод позволяет описать ячейку обыкновенным дифференциальным или алгебраическим уравнением, однако число уравнений может быть велико. Характер связи этих уравнений таков, что решение предыдущего по номеру ячейки уравнения определяет краевые условия для нахождения решения последующего. Ясно, что для реализации такого типа модели наиболее подходящей является ЭВМ. Мы будем использовать для построения модели процесса второй метод.

Процесс ректификации по количеству параметров и связей между ними сравнительно сложен. Поэтому получить практически полезное его математическое описание можно только на основе определенных допущений и предложений, к рассмотрению которых мы переходим.

Введем следующую систему обозначений:

- тарелки нумеруются числами натурального ряда снизу вверх, за исключением тарелки питания, которая обозначается индексом f; таким образом, при общем числе тарелок N нумерация имеет следующий вид:

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:960

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.