И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Жидкость и пар, проходящие через произвольное сечение аппарата, не находятся в равновесии и между ними происходит тепло- и массообмен. Скорость и влияние последних на результаты процесса определяются скоростями и характером относит. движения фвз. Ур-ние материального баланса для элемента высоты аппарата пй имеет вцд: гг(6Уг) = — с)(Игхг) = — Убс(6+ К, а(У, — Уг')дй, (7) 161 ДИСТИЛЛЯЦИЯ 85 где С и Иг-расходы пара и жидкости, у)-содержание компонента г в паре, находящемся в равновесии с жидкостью состава хп у,-состав пара, проходящего через рассматриваемое сечпенйе аппарата, Кю-коэф. массопередачи, а — площадь пов-сти массообмена йа единицу высоты аппарата. Кар Исгеаяа спесь Исгьаааа спесь Исгмяая сйась ь К!бегая есгвюа Рис 2 Аппараты дяя простой даши яяяя а, б-сопев прямо.
и протиаотояпые со стекаюшей ыпдкой одепкой, е-роториый, 1 — яспарптедь, 2-сепараппоииыи соска, 3-обогреваемый корпус, 4- вая, 5 -допасш Кубоепя осгагоя 162 При немедленном отводе образующегося пара (тепло- и массообмен с хсидкостью исключены) ур-нне (7) превращается в ур-ние простой Д. Поскольку К.„ > О, знак второго слагаемого в правой части этого ур-ния зависит от характера относит. двюкения фаз.
Вследствие преимуществ. превращения в пар относительно более летучих компонентов содержание их в жидкости постепенно снижается, и она обогащается относительно менее летучими компонентами. Соотв. уменьшается содержание низкокипящнх компонентов в равновесном паре. Поэтому при одинаковом направлении двюкения жидкости и пара последний поступает в произвольное по высоте сечение аппарата с содержанием ннзкокипяшнх компонентов уо превышающим нх содержание ур в паре, равновесном с жидкостью, к-рая проходит через то же сечение.
Из-за градиента концентраций уг-ур возникают поток относительно более летучих компоиейтов из пара в жидкость и встречный поток относительно менее летучих компонентов из жидкости в пар. При большой скорости массообмена состав пара на выходе из аппарата приближается к равновесному с жидкостью конечного состава. При встречном движении фвз через произвольное сечение аппарата проходит пар с меньшим содержанием низкокипящих компонентов, чем отвечающее равновесию с жидкостью в этом сечении. Поэтому благодаря массообмену из жидкости в пар переходят гл. обр. низкокипящне, а в противоположном направлении — высококипящне компоненты.
В результате на выходе из аппарата пар по составу приближается к равновесному с исходной смесью, имеющей наиб, содержание нггзкокипящих компонентов, т.е. достигается дополнительное по сравнению с простой Д. Разделение смеси. Расход теплоты на простую Д. определяется по ур-нию теплового баланса. Площадь пов-сти нагрева испарителя находится из ур-ния теплопередачи с учетом изменения коэф. теплопередачи н разности т-р теплоносителя и кипящей жидкости с изменением ее состава во времени (при периодич. Д ) или по высоте (при непрерывной Д.).
При Д. с дефлегмацией (конденсация преим. высоко- кипящих компонентов при охлаждении смесей с целью нх обогащения низкокнпящнми компонентами) связь состава пара уп поступающего из испарителя в дефлегматор (рис. 1), с составами возвращаемой жидкости (флегмы) х,с и пара у,с, ншгравляемого в конденсатор, определяется конструкцией и режимом работы дефлегматора. Обычно принимают, что м дистилляция выходящие из него жидкость и пар находятся в равновесии. Тогда взаимосвязь х,е н уы описывается ур-пнем (6), а кол-ва и состава жидкости в аппарате — ур-ннем (4), в к-рос вместо у, подставляют у, .
Большая, чем при простой Д., степень разделения смеси достигается благодаря частичной конденсации пара, образующегося в испарнтеле, и соответствующего увеличения расхода теплоты. Для отгонки из смесей высококипящих в-в с целью понижения т-ры процесса используют Д. с водяным паром или инерт ным газом. Она основана на законе Дальтона, согласно к-рому давление паров над смесью р равно сумме парциальных давлений паров компонентов. Если погоняемое в-во А не смешивается с водой, то р= р„"+ + р.
(р„-давление пара чистого в-ва А при т-ре процесса, р,— давление водяного пара), т.е. общее давление является лйнейной ф-цией р„и в-во А можно озтонязь при любой т-ре, варьируя относит. расход водяного пара или инертного газа б„. Последний определяется соотношением: 6 „= р,М,/р„Мхф, (8) где М, и М„-мол. масса воды (инертного газа) и озтоняемого в-ва, го «1 — степень насыщения водяного пара нли инертного газа парами отгоняемого в-ва по сравнению с равновесной степенью насыщения. При Д, в токе водяного пара образуется паровая смесь, к-рая затем конденсируется и охлаждается.
Конденсат разделяется в сепараторе на отогнанный компонент и воду. Целевой продукт выделяется из конденсата тем легче н полнее, чем меньше его р-римость в воде. Если она значительна, приходится о!гонять из воды целевой продукт и подвергать его осушке (применяют и др. способы, напр. высаливание). Эти затруднения отпадают при использовании инертного газа. Однако усло:княется выделение отгоняемого в-ва из образующейся парогазовой смеси вследствие необходимости охлаждения ее до низкой т-ры, а нагревание и охлаждение газа требуют применения теплообменных аппаратов с большой площадью пов-сти из-за низких козф.
теплоотдачи от стенки к газу и от газа к стенке. Поэтому данный метод применяется, когда Д. под вакуумом затруднительна или невозможна и проводится в смкоствых аппаратах, снабженных барботажными устройствами для равномерного распределения пара ллп газа в объеме жилкости. оо» ороотоа оиогооооояв: 3-ооооои. ьоок 1оооооо- При простой Д. контролируются кол-во жидкости в аппарате.
т-ра ее кипения, по к-рой судят о составе, и скорость отгонки днстиллята. Регулируемые параметры -кол-во исходной смеси, расходы теплоносителя, подаваемого в ди. стилляц. аппарат, и хладагента, используемого для конденсапни озтоняемого пара и охлаждения конденсата. При Д. в токе водяного пара регулируется также его расход. При непрерывной Д. регулируемыми параметрами, кроме перечисленных, являются расходы исходной смеси и продуктов разделения. При Д. с дефлегмацией дополнительно регулируется расход флегмы путем изменения расхода хладагента, поступающего в дефлегматор.
163 В лаб. практике применяют все способы Д. Конструкции приборов, изготовляемых обычно из стекла, весьма разнообразны и выбор нх определяется гл. обр. фнз.-хим. св-вами, и кол-вом разделяемой смеси. Для Д. смесей в кол-вах от неск. 'мт до 1 г используют капилляры, трубки с шарообразными расширениями и маленъкие колбы. При большем кол-ве исходной смеси применяют, как правило, аппараты в виде колб соответствующих размеров.
Типичная лаб, установка для Д. при атм. давлении показана на рис. 3. Простую Д используют в хим., лесохим., фармацевтич. и др, отраслях иром-сти для грубого разделения смесей на фракции, когда не предъявляются высокие требования к чистоте получаемых продуктов, а также для очистки жццких смесей от нелетучих или малолетучих примесей; в металлургии-для отгонки из руд или рудных концентратов летучих металлов (напр., Нй и Хп).
Д, с дефлегмацией применяют в нефтепереработке и лаб. практике, Д. с водяным паром — в хим., нефтехнм., парфюм. н др. отраслях прем«тн для озтонки высококипящих компонентов из вязких смесей, содержащих зиачггг. кол-ва твердых или малолетучих жидких в-в, Молекуля(шая дастнлляциа. Основана на зависимости скорости испарения в-ва от его мол.
массы при т-рах ниже т-ры кипения жидкости и низких давлениях («0,13 Па). При таких давлениях длина своб. пробега молекул соизмерима с расстоянием между пов-стямн испарения жидкости и конленсацни пара. При этом молекулы соударяются относительно редко и движутся практически независимо друг от друга, а расход и состав паровой смеси определяется скоростямн испарения отдельных компонентов. Скорость испарения чистого в-ва с мол.массой М при т-ре Трассчитывается по ур-иню Кнудсена — Ленгмюра: б = 0,43 1О р/ /М/Т, (11) где р -давление пара в-ва при т-ре жидкости. Скорость испарения компонента смеси меньше, чело чистого в-ва, и пропорциональна его мол. доле в смеси. При этом: аа = (у„/х):(зь/х,) = (р~о/роо) /М/М (12) т.е., в отличие от условий разделения смесей с помощью обычной Д., аа зависит не только от давлений паров чистых компонентов йри т-ре процесса, но и от нх мол.
массы. Это позволяет разделять смеси, используя различие мол. масс компонентов при относительно низких т-рах. Процесс включает перенос молекул испаряющегося компонента из объема жидкости к пов-сги испарения, испарение молекул, перенос нх в объеме паровой фазы от пов-сти испарения к пов-сти конденсации и конденсацию. Поскольку при молекулярной Д. жидкость не кипит, перемешивавие паровыми пузырями, характерное для обычной Д., отсутствует, и перенос в.ва в объеме жидкости осуществляется преим. путем мол.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
