Диссертация (1090575), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Напротив, в системе бензол – гептан – N-метилпирролидон, гдерасслаивания жидкой фазы при температурах кипения не происходит, единичная129альфа-линия имеет монотонную траекторию (без изломов) во всем диапазонеконцентраций.Проведенный анализ позволил установить, что полная инверсия летучестейв системе бензол – гептан происходит в присутствии N-метилпиролидона вкачестве разделяющего агента при наименьшем его содержании в системе посравнению с другими соединениями из числа исследованных в настоящей работе.Таким образом, для экстрактивной ректификации с выделением чистого гептанадистиллятом целесообразно использовать N-метилпирролидон как наиболееселективный.

Если задача разделения смеси бензол – гептан на чистыекомпоненты не ставится, то целесообразно использовать те разделяющие агенты,которые наиболее селективны в заданном диапазоне концентраций. Например,для концентрирования гептана в дистилляте до относительных концентрацийZ 2  0.5 целесообразно применять сульфолан, а до относительных концентрацийZ 2  0.72 – смесевой разделяющий агент.На рисунке 4.6 показаны результаты опытов по простой перегонке, которыеподтверждают, как наличие инверсии летучестей в системе бензол – гептан вприсутствии разделяющих агентов, так и факт наибольшей эффективности Nметилпирролидона в качестве разделяющего агента при полном извлечениигептана из смеси.

Так в отсутствие РА в процессе перегонки бензолисчерпывается из перегонного куба, в то время как в присутствии разделяющихагентов бензол напротив в кубе концентрируется. Однако, в присутствииразделяющих агентов: сульфолана и смесевого РА скорость концентрированияпри отгоне 60 % об. жидкости из куба начинает замедляться, что объясняетсяпадением селективности этих разделяющих агентов из-за возникновениярасслаивания жидкой фазы [149].130Z1, мол.

д.2341Доля отгона, об.Рисунок 4.6. Линии дистилляции псевдобинарной смеси бензол – гептан в присутствииразличных разделяющих агентов: 1 – без РА; 2 – РА – N-метилпирролидон; 3 – РА – сульфолан;4 – РА – N-метилпирролидон + сульфолан в массовом соотношении 85/154.3. Оценка влияния расслаивания жидкой фазы на коэффициентотносительной летучести разделяемой парыВ литературе [6, 19] среди критериев оценки селективности разделяющихагентов в процессе экстрактивной ректификации часто встречается следующийколичественный показатель:s21 2, 1(4.4)где  1 и  2 коэффициенты активности бензола и гептана соответственнопри бесконечном разбавлении разделяющим агентом.

Однако посколькукоэффициентыактивностиприбесконечномразбавлениипринимаютмаксимальные значения, то критерий (4.4) является предельным и весьмакосвенно относится к рабочим концентрациям разделяющего агента в системе,особенно если система расслаивается на две жидкие фазы. При бесконечномразбавлении расслаивание как правило исключено для систем с ограниченнойрастворимостью, а следовательно, данный критерий будет приводить кошибочным оценкам.131В частности, в настоящей работе было установлено, что для полнойинверсии летучестей в системе бензол – гептан наиболее селективнымразделяющим агентом является N-метилпирролидон. В то же время критерий s  вприсутствии последнего для смеси гексана (ближайшего гомолога гептана) ибензола вдвое меньше, чем в присутствии сульфолана [32].

Действительно вобласти гомогенных жидких фаз сульфолан более селективен (см. рисунок 4.5),что корелируется с критерием (4.4), однако при возникновении расслаиванияселективность сульфолана резко падает, что не учитывается критерием (4.4).Влияние расслаивания на селективность N-метилпирролидона можнопроанализировать на основе опытов по фазовому равновесию в системе бензол –гептан–N-метилпирролидонвакуумированияприэкспериментальнойразличныхдавлениях.Спомощьюустановкиприизучениифазовогоравновесия для одного и того же состава жидкости ( z1  0.1, z 2  z 3  0.45 мол.

д.)были получены данные по составам пара, находящегося в равновесии сгомогенной и гетерогенной жидкими фазами. На их основе были вычисленыкоэффициент относительной летучести для пары бензол – гептан и критерийселективности при рабочей концентрации N-метилпирролидона. Результатыприведены в таблице 4.1.Таблица 4.1. Влияние расслаивания жидкой фазы на селективность разделяющего агентаN-метилпирролидона120.640.630.630.840.850.84s21 213.13.23.12.32.32.2Tb , КP , кПаy1 , мол.д.y 2 , мол.д.3083143213223343547.310.215.915.726.755.60.1240.1220.1220.1570.1500.1560.8760.8780.8780.8430.7910.844Числожидкихфаз222111Из данных, приведенных в таблице 4.1, видно, что одному составужидкости соответствует два различных состава равновесного пара, которыесоответствуют гомогенной жидкой фазе и гетерогенной соответственно.

Вместе с132этим изменяется и коэффициент относительной летучести, и критерий s 21 прирабочих концентрацияхN-метилпирролидона. Если рассматривать задачуразделения смеси бензол – гептан экстрактивной ректификацией с Nметилпирролидоном в качестве разделяющего агента на десяти теоретическихступенях, то согласно уравнению Фенске в виде (4.5) коэффициент разделенияпри изменении 12 со значений 0.64 до значений 0.86 изменится более чем напорядок: со значений K s  0.012 до значений K s  0.175 соответственно.110, 2  K s xD,1 1  xW,1 xW,1 1  xD,1 (4.5)Проведенный анализ показал, что расслаивание существенно влияет накоэффициент относительной летучести, а следовательно, и на селективностьразделяющих агентов. Непринятие во внимание расслаивания может приводить кошибкам при оценке селективности разделяющих агентов, а вместе с этим и кневерному выбору разделяющего агента.Таким образом, для расслаивающихся систем критерий предельнойселективности (4.4) следует рассматривать как качественный, и применять сцелью отбора разделяющих агентов для дальнейшей тщательной оценки ихселективности с учетом расслаивания жидкости.4.4.

Распределение сопротивлений массопередаче между фазами в процессепростой ректификацииМатематическая модель описания кинетики массоотдачи в фазах позволилапровести оценку эффективности переноса вещества в процессе простойректификации смеси бензол – гептан на спирально-призматической насадке, атакже оценить соотношение сопротивлений массоотдаче в паровой и жидкой фазево всем рабочем диапазоне нагрузок колонны.Согласно данным [98] захлебывание спирально-призматической насадки сконструктивными параметрами, приведенными в таблице 2.19, наступает прискоростях паровой фазы 0.2 м/c. Нижний предел работоспособности насадкизависит от количества жидкости и качества ее распределения по сечению насадки,133вследствие чего тяжело поддается систематизации, так как распределениежидкости зависит от диаметра колонны и применяемых распределительныхустройств.На рисунке 4.7 приведены зависимости коэффициентов массоотдачи ифазовые сопротивления в процессе ректификации бинарной смеси бензол –гептан при полном орошении.

На график также нанесены: общее сопротивлениемассопередаче и коэффициент массопередачи по паровой фазе ( Scz  47.87 ,Sc y  0.68 и mav  0.8 ).1/KG, 1/ G, 1/ L80706050403020KG,  G,  L100,140,120,100,080,060,040,020,0020406080100 120 140ReyРисунок 4.7. Зависимости коэффициентов массоотдачи и сопротивлений массоотдаче в паровойи жидкой фазах, а также коэффициента массопередачи и общего сопротивления массопередачеот нагрузки колонны по пару при ректификации смеси бензол – гептан в условиях бесконечногофлегмового числа: сплошные линии – K G и 1 K G , штриховые –  L и 1  L , штрих-пунктирныелинии –  G и 1  G .134Данные на рисунке 4.7 свидетельствуют о падении общего сопротивлениямассопередаче при увеличении парожидкостных нагрузок в колонне. Такзначение 1 K G уменьшается в 4 раза, при увеличении числа Рейнольдса в паровойфазе с 20 до 130.

Сопротивление массоотдаче в жидкости несколько выше принебольших парожидкостных нагрузках, по сравнению с сопротивлением впаровой фазе, однако по мере увеличения скорости потоков в колоннесопротивления массоотдаче в фазах убывают с разной интенсивностью истановятся практически равными при нагрузках близких к предельным. В целомэффективностьмассопередачимонотонноповышаетсяприувеличениипарожидкостных нагрузок, что объясняется турбулизацией потоков жидкости ипара, приводящей к интенсификации конвективного массопереноса.Эффективность массопередачи существенно зависит от соотношенияпотоков пара и жидкости в колонне. Поскольку в реальных процессах,направленных на получение продукта заданного качества, всегда отбираетсядистиллят, то соотношение потоков пара и жидкости G L в укрепляющих секцияхвсегда больше единицы и увеличивается при уменьшении флегмового числа.

Характеристики

Список файлов диссертации