ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ректификация из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" По технологии процесса ректификационные установки непрерывного действия разделяются на три группы. К первой относятся установки (рис. У.Зб,а), обеспечивающие получение из исходной смеси в качестве продукта только низкокипящих компонентов (рис. У.Зб, а). В таких установках исходная смесь непрерывно подается в дистилляционный куб, а продукт отбирается в виде дистиллята. Ректификационные колонны, работающие по этому принципу, называются укрепляющими. [c.549] Ко второй группе относятся установки (рис. У.Зб, б), обеспечивающие получение в качестве продукта только высококипящих компонентов (в виде кубовой жидкости). При этом исходная смесь непрерывно подается в верх ректификационной колонны. Такие колонны называются исчерпывающими. [c.549] Установки первых двух типов применяются сравнительно редко, так как не обеспечивают выделения компонентов, являющихся целевым продуктом, с высоким выходом. Наиболее распространены ректификационные установки третьей группы (рис. У. 36, в), в которых сочетается принцип работы установок указанных выше двух групп. Исходная смесь подается в среднюю часть ректификационной колонны. В виде дистиллята выделяются низкокипящие компоненты с минимальным содержанием высококипящих, а в виде кубовой жидкости — высококипящие компоненты с минимальным содержанием низкокипящих. При этом достигается разделение смеси на два материальных потока — дистиллят и кубовую жидкость с высоким выходом целевых продуктов. Кроме того, когда продуктами разделения являются не индивидуальные вещества, а смеси, иногда используют отборы с промежуточной высоты (боковые отборы). Такой прием практикуется, в частности, в нефтехимической промышленности. [c.549] Величина Я = L П, выражающая отношение расхода жидкости (флегмы) в укрепляющей части колонны к расходу отбираемого дистиллята, н к = 1/й к — отношение расхода жидкости в исчерпывающей части колонны к расходу кубовой жидкости, называются флегмовыми числами укрепляющей и исчерпывающей частей колонны, соответственно, В общем случае вследствие зависимости энтальпий пара и жидкости от их состава расходы этих материальных потоков меняются по высоте колонны и соответствующим образом изменяются флегмовые числа к и Н. [c.551] При расчете процессов ректификации содержание компонентов в смесях Хг и Ух принято выражать в мольных долях, расходы материальных потоков О, Ь, П и — в кмоль/с, а величины г и / относить к одному молю смеси. Это обосновывается тем, что величины I и явно не зависят от мольных масс компонентов смеси, рюторые часто изменяются в значительных пределах. [c.551] Таким- образом, при подаче в колонну исходной смеси в виде жидкости требуется меньшее флегмовое число, чем при подаче смеси того же состава в виде пара. [c.553] На практике процесс ректификации должен проводиться при флегмовом числе, превышающем минимальное. В связи с этим флегмовое число находят как произведение .чии на коэффициент избытка флегмы а 1. Величину о определяют, руководствуясь тем, что с увеличением флегмового числа уменьшается требуе.мое разделяющее действие ректификационной колонны, но возрастают энергетические затраты, поскольку для разделения одного и того же количества смеси приходится больше испарять смеси в кубе и конденсировать в конденсаторе. Кроме того, при выборе значения коэффициента избытка флегмы следует учитывать, что чем он меньше, тем в большей степени на качество получаемых продуктов разделения влияют неизбежные в производственных условиях колебания режимных параметров (состава и расхода исходной смеси, расхода греющего пара и хладагента, давления и т.д.). Оптимальное значение коэффициента избытка флегмы находится на основании технико-экономических расчетов, в ходе которых определяется необходимое разделяющее действие колонны при разных флегмовых числах. Обычно оптимальное значение а составляет 1,1—1,5. [c.554] При ректификации бинарных смесей расчет может быть выполнен графическим методом с помощью диаграммы у = f x). Графическим интегрированием в соответствии с формулами (V. 130) определяются числа единиц переноса массы или путем ступенчатого построения находится число теоретических ступеней (рис. V.37). [c.554] Для обеспечения эффективной работы ректификационной колонны важное значение имеет правильный ввод в нее исходной смеси. Положение точки ввода по высоте колонны определяют по соотношению разделяющего действия ее укрепляющей и исчерпывающей частей. В этой точке состав смеси в колонне должен быть возможно более близок к составу исходной смеси. [c.554] Например, согласно графическому расчету, изображенному на рис. V. 37, необходимые разделяющие действия укрепляющей и исчерпывающей частей колонны определяются одинаковым числом теоретических ступеней. Следовательно, смесь должна вводиться в середину колонны, если эффективность массообменных устройств в укрепляющей или исчерпывающей частях колонны одинакова. В противном случае точка ввода делит колонну по высоте на части в соотношении, пропорциональном эффективностям соответствующих частей колонны. Это справедливо для колонн с непрерывным контактом фаз. В колонны со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые) смесь подается на ту тарелку, состав смеси на которой ближе всего к составу разделяемой смеси. В связи с колебаниями состава разделяемой смеси в производственных условиях чаще всего предусматривают несколько точек ввода этой смеси в колонну. [c.554] Для систем, содержащих три и более компонентов, графические расчеты процесса ректификации утрачивают наглядность и единственным точным методом является рассмотренный ранее метод от ступени к ступени , заключающийся в совместном решении уравнений материального баланса (V.230) или (V.231) и энергетического баланса (V. 136) совместно с уравнениями, описывающими фазовое равновесие. Сложность этих расчетов заключается в том, что составы продуктов разделения чаще всего задаются не однозначно — регламентируется содержание основного вещества и суммарное содержание примесей. Поэтому содержанием каждого из компонентов этих примесей на начальных этапах расчета по методу от ступени к ступени приходится задаваться. Полный состав продуктов разделения определяется в результате последовательных приближений, как это было описано выше. Такие расчеты, особенно при большом числе компонентов, весьма трудоемки и выполняются с помощью ЭВМ. Предложены различные процедуры вычислений, отличающиеся выбором начальных приближений и критериев сходимости. Они рассматриваются в специальной литературе [13]. [c.555] Для п компонентной системы получается система из п—1 уравнений (V.238), выражающих связь между составами жидкости на двух соседних ступенях. Особенностью уравнения (V.238) является симметричная структура, что облегчает последовательное его использование. [c.556] При расчете процессов ректификации неидеальных многокомпонентных смесей по методу от ступени к ступени оптимальное флегмовое число определяется путем сопоставления результатов расчетов при разных флегмовых числах. [c.557] В литературе описано большое число приближенных методов расчета процессов ректификации многокомпонентных смесей, основанных на принятии упрощающих допущений относительно состава продуктов разделения и вычисления относительной летучести компонентов (например, метод расчета по легкому и тяжелому ключевым компонентам). Целью всех этих методов является определение флегмовых чисел и необходимого разделяющего действия ректификационных колонн. Последующая разработка их конструкции и установление размеров требуют знания кинетики массообмена. [c.557] В связи с развитием вычислительной техники приближенные методы утрачивают свое значение. Современные методы расчета процессов массообмена в системах с подвижной границей раздела фаз заключаются в совместном решении уравнений материального и энергетического балансов, фазового равновесия и кинетики массообмена с учетом реальной структуры потоков в различных аппаратах. Принципы этих методов рассматриваются ниже. [c.557] Азеотропная и экстрактивная ректификация. Как было показано, движущая сила процесса ректификации определяется условиями равновесия между жидкостью и паром. Методы азеотропной и экстрактивной ректификации заключаются в увеличении движущей силы процесса за счет изменения условий равновесия между жидкостью и паром, достигаемого путем добавления к заданной смеси специально подобранных веществ, называемых разделяющими агентами. [c.557] Общим для процессов азеотропной и экстрактивной ректификации является проведение процесса в присутствии разделяющих агентов, изменяющих относительную летучесть компонентов заданной смеси в желательном направлении. Различие заключается в технологическом оформлении этих процессов и условиях регенерации разделяющих агентов. В процессах экстрактивной ректификации регенерация разделяющих агентов может быть осуществлена с помощью обычной ректификации, поскольку они не образуют азеотропов с компонентами заданной смеси. В процессах же азеотропной ректификации в случае образования гомогенных азеотропов для их разделения приходится использовать иные методы (экстракцию, кристаллизацию и т.д.). Наиболее просто осуществляется регенерация разделяющего агента при образовании им с отгоняемыми компонентами заданной смеси, гетероазеотропов, или азеотропов, разделяющихся на две жидкие фазы после охлаждения. [c.558] Типичные схемы установок для азеотропной и экстрактивной ректификации приведены на рис. V. 38. [c.558] В процессах экстрактивной ректификации разделяющий агент вводится в колонну на некотором расстоянии от верха, чтобы обеспечивалось возможно более полное его выделение из продукта, получаемого в качестве дистиллята. В процессах азеотропной ректификации разделяющий агент вводится в колонну вместе с исходной смесью, а при расслаивании конденсата пара — также в верх колонны. Количество подаваемого в установку разделяющего агента регулируется так, чтобы в кубе его содержание было минимальным. [c.558] Здесь р°1р°— отношение давлений паров чистых компонентов и V1/Y2 — отношение их коэффициентов активности в жидкой фазе. Величина р° jзависит только от свойств чистых компонентов и не зависит от состава смеси. Величина же V1/T2 является функцией как свойств чистых компонентов, так и состава смеси. За счет этого и достигается изменение 12 в желаемом направлении. [c.559] Вернуться к основной статье