Метод ректификации

По табличным данным построим зависимость температуры кипения раствора С₂Н₄О₂ в воде от состава раствора (нижняя кривая) и пара (верхняя кривая). Состав выражен в мольных долях С₂Н₄О₂. Концентрация раствора, который поступает на ректификацию, равна х_н = 0,10 = 10% мольн. По первому закону Коновалова, на монотонных участках равновесной кривой концентрации жидкой и паровой фаз различаются. Начальный раствор закипает при температуре (точка D), при этом образуется пар (точка Е) с концентрацией. Это является теоретической основой разделения раствора, так как если сконденсировать полученный пар, то образуется раствор с концентрацией много большей, чем концентрация исходного раствора.

По второму закону Коновалова, в экстремальных условиях равновесной кривой концентрации паровой и жидкой фаз совпадают. Это азеотропная точка А, координаты которой. В этой точке процесс разделения должен прекратиться, так как образуется «однокомпонентный» нераздельно кипящий раствор (число независимых компонентов равно числу индивидуальных химических веществ) за вычетом уравнений связи концентраций). Следовательно, теоретически данный раствор может быть разделен только на чистую воду и азеотропный раствор.

Исходный раствор при кипении дает пар состава (точка Е), обогащенный С₂Н₄О₂ . При этом раствор обедняется С₂Н₄О₂ и температура его кипения повышается по кривой DlC и последняя его порция будет иметь концентрацию в точке С – х_с. Пар состава может быть сконденсирован и повторно испарен, на диаграмме это точка в, концентрация в которой после кондкенсации паров составит. Повторное же испарение раствора с концентрацией хс (точки d и e) даст практически чистую воду с содержанием С₂Н₄О_2.

Таким образом, равновесный процесс разделения раствора с хн = 0,10 содержит четыре теоретических ступени разделения (теоретические тарелки; ЧТТ = 4) при получении дистиллята с заданной концентрацией и кубового остатка.

Например, на разделение поступает раствора. Так как все концентрации выражены в мольных долях, целесообразно массу раствора выразить в молях, для этого рассчитываем среднюю молекулярную массу исходного раствора

Схема материальных потоков:

Тогда, общий баланс:

Баланс по С₂Н₄О_2:

Решая систему уравнений, получаем:

Если на первую тарелку поступает начальный раствор в количестве при температуре (точка М), то он будет выкипать до концентрации и образуется пар с концентрацией (точки l и m).

Схема материального баланса:

Из этого следует:

Решая систему уравнений, получаем:

4.1. БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД — (биологическая очистка) — основной способ очистки сточных вод, содержащих загрязнения органического происхождения, заключающийся в минерализации этих загрязнений вследствие жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе дыхания микробов органические вещества окисляются и освобождается энергии, необходимая для жизненных функций.

Часть энергии идет на процесс синтеза клеточного вещества, т. е. на увеличение массы бактерий, количества активного ила и биологической пленки в очистных сооружениях.

В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые по своему отношению к кислороду разбиваются на 2 группы: аэробные (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) в анаэробные (развивающиеся в отсутствии свободного кислорода).
Необходимыми условиями для жизнедеятельности организмов, способствующих очистке, и эффективного использования аэробных очистных сооружений являются:

наличие в сточных водах органических веществ, способных окисляться биохимически; непрерывное снабжение сооружений кислородом в достаточном количестве; активная реакция очищаемой воды (в пределах 7—8,5 рН); температура воды не ниже 10° и не выше 30°; наличие биогенных элементов — азота, фосфора, калия в необходимых количествах; содержание минеральных солей и воде не выше 10 г/л; отсутствие токсических веществ в концентрациях, ядовито действующих на микроорганизмы.

Биохимическая очистка сточных вод протекает в две одновременно начинающиеся фазы: сорбция поверхностью тел бактерий растворенных органических веществ и коллоидов; окисление и минерализация растворенных и адсорбированных органических веществ микробами.
Для биохимической очистки бытовых в промышленных сточных вод применяются следующие очистные сооружения: аэробные — биологические пруды, поля орошения, поля фильтрации (см. Поля орошения и фильтрации), биофильтры, аэрофильтры и аэротенки; анаэробные — септики, двухъярусные отстойники, метантенки. Выбор типа сооружений определяется характером и количеством сточных вод, местными условиями, требованиями к качеству очищенной воды, наличием свободных земельных площадей и т. д.

Перед биохимической очисткой из сточных вод необходимо удалить взвешенные вещества, смолы и масла. В результате очистки содержание органических веществ в сточных водах снижается на 90—95%; они теряют способность к загниванию, становятся прозрачными, количество бактерий в них сильно снижается.

Биохимическая очистка фекально-хозяйственных сточных вод достаточно хорошо изучена, разработаны методы расчета очистных сооружений. При очистке производственных сточных вод, ввиду их большого разнообразия, расчетные параметры очистных сооружений устанавливаются на основании результатов лабораторных опытов.

Дата добавления: 2015-06-28