Lektsia_4_Teplovye_i_massoobmennye_prots essy (843816), страница 2
Текст из файла (страница 2)
РектификацияРектификация (перегонка) — процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается докипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. Состав конденсата отличается отсостава начальной смеси. Многократное повторение процесса позволяет практическиполностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты).Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением пара при одной итой же температуре.
Поэтому состав пара и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколькоотличаться от состава начальной смеси: низкокипящего компонента в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемойжидкости, а в неиспарившейся жидкости концентрация высококипящего компонента при этом должна увеличиваться.Простейший случай — жидкая смесь из двух компонентов А и ВЗакон Рауля: =0T∙ ; =0P = const1 − ;ПарОбщее давление: = + = 0 ∙ + 0 1 − == 0 + 0 − 0 ;TТогда: − 0 = 0 − 00 = ЖидкостьАxAyABПринципиальные схемы ректификации1. Ректификационная установка периодического действияДефлегматорХладагентРектификационнаяколоннаИсходнаясмесьИсходная смесь загружается в куб, где нагревается дотемпературы кипения и испаряется.
Пары проходятчерез ректификационную колонну, взаимодействуя впротивотоке с жидкостью, возвращаемой издефлегматора.ХолодильникДефлегматорПарХолодильникХладагентКубСборникОстатокВ дефлегматоре пары конденсируются и часть жидкостинаправляется на орошение ректификационной колонны,а другая часть (дистиллят) проходит через холодильник инаправляется в сборник.Куб +колоннаСамогонный аппаратПринципиальные схемы ректификации2. Ректификационная установка непрерывного действияДефлегматорРектификационнаяколоннаХолодильникИсходная смесь поступает в подогреватель, где еетемпература повышается до температуры кипения.Нагретая смесь поступает в питающую секциюректификационной колонны, присоединяясь к орошению,которое обеспечивается конденсацией паров вдефлегматоре.ПодогревательсмесиХолодильникостаткаИсходнаясмесьКипятильникСборникСборникМногокомпонентное испарение жидкости осуществляется вкипятильнике.
В дефлегматоре происходит полная конденсация паров.Из делителя потока часть дистиллята возвращается в колонну, аостальная часть проходит через холодильник и направляется в сборник.Наименее летучая часть исходной смеси непрерывно отбирается изнижней части ректификационного аппарата и поступает в сборник.Промышленные ректификационные колонныМассообменные процессы. ЭкстракцияЭкстракция — извлечение растворенного в одной жидкости вещества или группы веществдругой жидкостью, которая не смешивается или только частично смешивается с первой.Один из основных методов разделения однородных жидких смесей. Экстракция обычно экономически выгоднее,ректификации в тех случаях, когда концентрация извлекаемого компонента мала (поскольку при экстракции не нужноиспарять всю жидкую смесь).
Кроме того, ее целесообразно использовать в случае, если смесь невозможно или трудноразделить ректификацией или разделяемая смесь разлагается при нагревании.Раствор извлеченных веществ в экстрагенте называют экстрактом, а раствор, из которогоудалены экстрагируемые компоненты, — рафинатом.Процесс экстракции состоит из трех последовательных операций:- перемешивание исходной смеси с экстрагентом;- механическое разделение полученной гетерогенной смеси на экстракт и рафинат;- разделения экстракта на экстрагированный целевой компонент и экстрагент, возвращаемый для повторного использования.Первые две операции чаще всего совмещаются в одном аппарате, а третья осуществляется ректификацией.РафинатИсходная смесьЭкстракцияЭкстрагентРектификацияЭкстрактЦелевой компонентПринципиальные схемы экстракцииОднократного действияИсходная смесьНепрерывного действияЭкстрагентЭкстрагентИсходная смесьОтстойникРафинатЭкстрактРафинатЭкстрактВ аппарат загружается исходная смесь, содержащаяцелевое вещество, к нему прибавляется экстрагент.
Обежидкости перемешивают до установления равновесия. Поокончании экстракции перемешивание прекращают ижидкости расслаиваются в том же аппарате. Послеотстаивания сливают сначала нижний слой (например,рафинат), а затем — верхний слой (экстракт).Для расслаивания фаз непрерывным способом частоиспользуют особые отстойники. В этих случаях процессэкстракции проводят при непрерывном вводе исходнойсмеси и экстрагента. Из отстойника так же непрерывновыводят полученные экстракт и рафинат.Массообменные процессы.
АдсорбцияАдсорбция – процесс поглощения вещества из смеси газов, паров или растворовповерхностью или объемом пор твердого тела — адсорбента. Поглощаемое вещество,находящееся в объемной фазе (газе, паре или жидкости), называется адсорбтивом, апоглощенное — адсорбатом.Физическая адсорбция обусловлена поверхностными вандерваальсовыми силами, которые проявляются нарасстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбентаобычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата. При химической адсорбции поглощаемое веществовступает в химическое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности химических соединенийОсновными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемоммикропор.
Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, ипористой внутренней структурой.Активные углиУдельная поверхность –500-2200 м2/гСиликагелиУдельная поверхность –100-1000 м2/гЦеолитыПринципиальные схемы адсорбцииС подвижнымадсорбентомС неподвижнымадсорбентомИсходнаясмесьАдсорбентВ кипящем слоеИсходнаясмесьАдсорбентИсходная смесьили вытеснительАдсорбентВытеснительВытеснитель1. Периодический процесс: сначала через адсорбент пропускают паро-газовую смесь и насыщают егопоглощаемым веществом; после этого пропускают вытесняющее вещество или нагревают адсорбент,осуществляя таким образом десорбцию (регенерацию адсорбента).2.
Непрерывный процесс: адсорбент циркулирует в замкнутой системе: насыщение его происходит вверхней – адсорбционной – зоне аппарата, а регенерация в нижней – десорбционной.3. При применении пылевидного адсорбента используют схему с циркулирующим псевдоожиженнымадсорбентом.Массообменные процессы. СушкаСушка — процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения иотвода образующихся паров.Процесс сушки имеет большое значение во многих производствах, где влажные природные вещества доих переработки должны быть предварительно обезвожены (зерно, древесина и т.п.) или должен бытьобезвожен готовый продукт в последней стадии производства (сахар, лекарства, минеральныеудобрения и т.п.).Основные способы сушки1. Конвективная сушкаПроводится путем непосредственного контакта материала и сушильного агента.
Подвод теплотыосуществляется газовой фазой (воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива), которая впроцессе сушки охлаждается с увеличением своей влажности.2. Контактная (кондуктивная) сушкаРеализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку.3. Радиационная сушкаОсуществляется путем передачи теплоты инфракрасным излучением.4. Сублимационная сушкаВлага удаляется из материала в замороженном состоянии (обычно в вакууме).5.
Диэлектрическая сушкаМатериал высушивается в поле токов высокой частоты.Принципиальные схемы сушки1. Газовая сушка - нагревание влажныхматериалов путем непосредственногоконтакта с газовым теплоносителем(воздух, топочные газы и др.)Газ иливоздухТопкаУвлажненныйгаз2. Контактная сушка - нагреваниевлажных материалов теплоносителемчерез твердую непроницаемуюВлажныйперегородкуматериалСушилкаПарТеплоносительОтработанныйтеплоносительВлажныйматериалПромежуточные нагреватели3. Сушка с многократным промежуточным подогревом воздухаХарактеризуется тем, что требуемое количество теплаподводится к высушиваемому материалу при пониженнойтемпературе воздуха.ВоздухВлажныйвоздухСушильнаякамераНагреватель4. Сушка с замкнутой циркуляцией высушивающего газаПрименяется в тех случаях, когда в качестве высушивающегогаза используется чистый и дорогостоящий газ, напримерводород. Газ взаимодействует с влажным материалом,насыщаясь влагой.
Увлажненный газ охлаждается до точкиросы, и часть находящейся в нем влаги конденсируется.Затем газ вновь направляется на нагревание и сушку.СушильнаякамераКонденсаторВодоотделительМассообменные процессы. РастворениеРастворение — массообменный процесс перехода вещества в раствор с поверхности частиц.Процесс проводят с целью разделения системы, состоящей из растворимых и инертных частиц.Предполагается, что растворимые частицы отдельны от инертных, а последние не оказываютсущественного влияния ни на кинетику растворения, ни на конечные результаты процесса.При физическом растворении исходное твердое вещество может быть вновь получено кристаллизациейиз раствора.Химическое растворение представляет собой гетерогенную химическую реакцию, продукты которойрастворяются в жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
