Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 153
Текст из файла (страница 153)
Среди разл. конструкций аппаратов для такой Р. практнч. интерес представляют аппараты лестничного типа, принцип работы к-рых показан на рнс. 8. Пары, испаряясь с пов-сти жидкости, напр. на ступени А„кондеисируются иа наклонной пов-сти В„а образутощййся конденсат стекает в смежную вышестоящую ступень А, Избыточное кол-во жидхостн из ступени А переливается в ступень А и т.д., т.е, в аппарате осуществляется противоток жидкости и пара.
Молекулярная Р. реализуется в условиях высокого вакуума (неравновесного испарения), когда б.ч. испарившихся молекул без столкновения между собой долетает до пов-сти конденсации и остается на ней. При расчете разделения в описанном аппарате можно применять аналит. и графич. методы, используемые для тарельчатых аппаратов. При этом вместо коэф.
относит. летучести, кцц тарелки и числа ТТ необходимо применять соотв. коэф. разделения при неравновесном испарении (а,), кпд отдельной ступени и число теоретич. мол. тарелок: л = ~18 " ~~!8а„ где л-число ступеней;а, =ро/рот /М /М,,дт,х„-концентрации ЛЛК в первой и последней ступенях; ро рот— давления паров чистых компонентов 1 и 2; Мы М,-их мол. массы.
Рентнфвкацвя мвегоиомповентиых смесев Методы расчета. Из-за недостаточности данных о кинетике и механизме разделения многокомпонентных смесей для иих нельзя задать полные составы продуктов разделения и поэтому первоначально принятые составы приходится 458 234 РЕК ТИФ ИКАЦИЯ корректировать. Без учета изменения кол-в потоков по высоте колонны вследствие разл. теплот испарения отдельных компонентов материальные балансы относительно известных составов представляются на каждой тарелке ур-пнем: Ь(х, е, „— хщ) = Г(ус а — у,,л), (12) где Ь, )»-потоки жидкости и пара; хз..,, хь„— составы жидкости по )с-му компоненту, поступающей на з-ю тарелку и выходящей с нее; у, „, уз ..— составы пара, выходящего с Рй тарелки и постуйаюшего на нее.
При учете теплот испарении ур-ния балансов будут нелинейны: Ь;езх,е, « — Ьсх,а= Ку;« — К «уз з а. (13) Ур-ния (12) и (13) составляют мат. описание Р, многокомпонентиых смесей в противоточной тарельчатой колоние. С помощью этих ур-ний можно вычислять расходы н составы материальных потоков для всех тарелок колонны.
Для асчета необходимо определить содержание осн. ЛЛК и ЛК и примесей. На начальном этапе расчета содержанием кажлого компонента в дистилляте приходится задаваться, и полный состав всех продуктов и состав кубовой жидкости находятся весьма приближенно. Расходы материальных потоков и нх составы на каждой ступени определлзотся последоват.
расчетом от тарелки к тарелке. Существует много методов расчета, один из них-метод встречных вычислений, при к-ром исчерпывающая часть колонны рассчитывается в направлении от куба к тарелке питания (на нее поступает исходная смесь), а укрепляющая часть-к ней от дефлегматора. Несоответствие результатов вычислений составов продуктов на тарелке питания, полученных при расчете в двух направлениях, служит основанием для коррекции заданного первоначально состава продуктов. Далее задаются новым составом продуктов и определяют составы осн.
компонентов на тарелке питания и т. до пока составы на ней ые станут одинаковы. Если в основе расчета лежит понятие о ТТ, предполагается, что состав пара иа каждой тарелке равновесен составу жидкости; при использовании мат. модели на базе реальных тарелок для расчета составов пара, покидающего кажцую тарелку, применяют ур-ние: ус« — — ус з е+ Е, е(узеа — уз зл), (14) где Е,-кпд 1-й тарелки ыо )с-му компонезпу. Независимое определение Е, по каждому компоненту не учитывает влияния движущих сил для разделения остальных компонентов, что может нарушить соотношение: Х Ус,а е з Поэтому при Р. разделит. сыособносп колони ыеобходимо определять на основе общих кинетич.
закономерностей диффузии в многокомпонентных смесях (см, Диффузия). С помощью этих методов для паровой и жидкой фаз можно найти матрицу общих коэф. массопередачи, применяя пра. вило аддитивности фазовых сопротивлений: М ' О),1 з + [вз) [Р.) '. (16) где [вз) -матрица угловых коэф. касательных к равновесной лиыни для многокомпоиентной смеси; [Р ], [Р„1 — матрицы коэф. массоотдачи для паровой и жидкой фаз. Матрицу [Ез можно использовать далее для решения ур-ння (14). Сннтез технологических схем разделенны. Для разделения л-компонентной смеси требуется л — 1 колонн, однако число возможных вариантов технол.
схем с расчетом числа пролуктов и способов их получения увеличивается экспоиенциально. На рис. 9 показано, что для разделения смеси компонентов АВСВ, расположенных в порядке возрастания т-р кипения, возможны 5 вариантов схем деления; для смеси из 1О компонентов число возможных схем составляет 4062. Синтез оптнм. схем разделения-сложная проблема теории Р.
Постановка задачи включает перечень продуктов 459 в с л вс в лвсв ГгЕ-С всв сл и всв и с Фя я с лвс 48 я лвс л в ллсв ляса св л и с я д вс рис. Э. Во«мои«не «ар«а«та с»ем раз«с»сии» «омиоиеизоа очеса ЛВСО. разделения и требования к ним по составу целевых компонентов и примесей.
При синтезе наиб. оптимальной схемы разделения вначале нужно провести анализ физ.-хим. св-в компонентов исходной смеси, условий фазового равновесия в многокомпонентной системе, теплового баланса схемы, ыозволяюшей выявить потенц. источники и стоки энергии, и затем приступать к созданию вариантов схемы разделенна На основе анализа фазовых равновесий вьшсняется принципиальная возможность разделения и выявляются ограничения, обусловленные, напр., образованием азеотропов и наличием близкокишпцих компонентов.
В этом случае возникает необходимость применения азеотропной или экстрактивной Р. Эксплуатац. затраты, связанные с расходом энергии, могут достигать при Р. 70'Ае общей стоимости разделенна, поэтому при проектировании надо решать зааачу рационального сочетания флегмоаого числа, от к-рого завысит расход эиергви, и числа ТТ, т.е. высоты колонны, определяющей кашзтальные затраты. Оптим. схема разделения должна отвечать минимуму затрат. При выборе схемы, состоящей из ряда колонн, снижение энергетич. затрат возможно за счет рекуперацин тепловых потоков благодаря различию т-р каления продуктов разделения (напр., высококишпцие компоненты можно использовать для подогрева низко кипжцих). Большаа экономия энергии м.б. достигнута путем применения схемы с тепловым насосом (рис. 10). В данном случае пары дистиллята, выходящие из колонны, сжимаются компрессором до давления, соответствующего требуемой т-ре его конденсацни в кубе колонны; при этом отпадает необходимость в дефлегматоре и сокращаются расходы пара и воды.
С целью экономии капитальных затрат иногда выгодно использовать вместо песк. простых колонн одыу сложную колонну с отпар- рис. 10. устеаомаз с тепловым и«сосом: (-»оззоаа«; 2-«омар«ссор, 3 флегма; 4-«за«амат. ными секциями (см. ниже) и боковыми отборами отдельных фракций. Такие колонны используют при разделении углеводородных газов и переработке нефти.
Типичный пример сложной колонны-колонна атм. перегонки обезвоженной и обессоленной нефти (рис. 11); продукты разделения: газ, состоящий нз углеводородов,С,-С,„ фракпия бензина до 180'С; фракция керосина 160-250'С; 460 фракции легкого (220 — 300'С) и тяжелого (280-350'С) дизельных топлив; фракция атм. газойля 350 — 380'С; мазут (фракция выше 350-380'С). Каждый боковой погон из осн. колонны иапраяляется в спец. колонны (секции), где происходит отларка из него легких фракций. Из отпарных колоны пары возвращаются в осн. колонну, а жидкость отбирается в виде целевых фракций.
Р. используют, наряду с указанными выше областямн применения, при получении азота и кислорола из воздуха (см. Воздуха разделение), раца чистых металлов, тяжелой воды, в иром-спс орг. синтеза и др. В лаб. практике применяют в осн.
те же, что н в иром-сти, способы Ро проводимой а Х !Ч Х И Гпс. 1! . Уюапоюа атмосферной перетолка асфтп: 1-осн. юпонна; 2-отпарпыс колонны (сехппнх 3-тарелка пнтанпл; 4-отбойппх; 9-коплапсатон 6-холодпльпгю; 7-емкость ороюеюи 8-аабочю тарелка; 1-нефть; Ц- газ; Д1-ба»- зпа; 1Ч-югюспп; Ч, И-легкое и тнкелае дазслыпаа топлнаа И1- етм. газойдь; УП\-мазут, Й-вода; Х-кодлаой пар. стеклянных иасадочиых либо тарельчатых ректификац. колонках; периодическую Р. исполюуют для разделения небольших кол-в (песк.
десзпков г), непрерывную-значит. кол-в (сотви и тысячи г) смесей. Р;один из самьгх энергоемких пьч.-технол. процессов. Поэтому в хнм. произ-вах все чаще применюот альтернативные процессы и методы разделения. К иим относят: испарение через мембрану (см.
Мембранные нробсссы разделения), осуществляемое в аппаратах пленочного типа; протнвоточную кристаллизацию с непрерывным массообменом (экономия эиергни достигается благодаря тому, что теплота плавления разделяемых в в, как правило, существенно меньше, чем теплоты их парообразовання; см. также Кристаллизабионные методы разделения смесей) и др. Однако, несмотря на все большее распространение этих и иных альтернативных процессов и методов, Р. по-прежнему сохраняет свое значение в хим. отраслях иром-стн, особенно в нефтепереработке я нефтехимии. Лаюл Коган В. Б., Азаатгоппаа и зкюуютнвню Гскгпфпкапап, 2 юи., Л., 1971; Касаткин А. Г., Оспаьпые паоиессы и аппараты зюеюсской тахполагпп, 9 юд., М., 1973, с.
496-546; Багатуроа С.А., Оспоаы ссоре» и рючега пебагоюн й рахтлфныюпп, 3 юд.„м.. 1974; Жаров В, т., Серафимов Л.А., бчнюоагыатескпс сснасы юапйпппню и дсктпфлкаппн, Л., 1975; Александров И, А., Масаопередеча са» реатлфпыюпп и абаорбппп мпогокомпоаигтаых смесей, Л., 1975; Кафароп В, В., Оспоаы мессапаредачп, 1 нзд., М., 1979; Г ель пер на Н.
Н ., паюсные пракссаы и аппараты хпмачсской техпологнп, хп. 2, М., 1981, с 513-59; Петлю к Ф. Б., Сер афпмоа Л. А., Мнагокомпопсктаа» Гскглфпксппл. Таорпа и расчет, М., !983. В.л. мпюсае. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ в химической кинетике, методы изучения хим. р-ций, основанные на выведении исследуемой системы из состояния термодинамич. Равновесия с послед. контролем за процессом релаксации— возвращением системы к этому состоянию равновесия. Обычяо рассматривают явления вблизи состояния равновесия. Тогда время релаксации т при фиксир. внеш.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
