Под атмосферным давлением

Описание схемы процесса ректификации.

Ректификация. Физическая сущность.

Перегонка – это процесс разделения жидких смесей, путем их частичного испарения и последующей конденсацией образующихся паров.

Если парциальные давления компонентов, составляющих исходную смесь, различны, т.е. различна летучесть компонентов, то состав дистиллята будет отличатся от состава исходной смеси: в нем будет содержаться больше легколетучего (с большим парциальным давлением) компонента.

р_А, р_В – парциальные давления компонентов НК и ВК соответственно.

Если t=const и р_А > р_В, следовательно ().

С меньшей температурой кипения низкокипящий или легколетучий компонент (НК), другой компонент будет высококипящим или труднолетучим (ВК).

Перегонка применяется для разделения и очистки и сжиженных газов в химической, пищевой, фармацевтической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Перегонка проводится:

Под вакуумом (термически нестойкие, токсичные)

Под избыточным давлением (сжиженный газ).

Физической сущностью процесса перегонки является испарение и конденсация паров, скорости которых во многом определяются равновесными характеристиками в этой системе «ж–г».

Рассматривая бинарные смеси можно сказать, что от взаимной растворимости компонентов их различают:

Взаимная растворимость

Полная (неограниченная)   Идеальные Реальные

Частично (ограничено)

Полная взаи мная нерастворимость

Идеальные смеси следуют закону Рауля, согласно которому парциальное давление каждого компонента, в паре пропорционально мольной доли этого компонента в жидкости.

(1)

где Р_А – давление насыщенного пара компонента А при t_кип. раствора

Соответственно для компонента В закон Рауля запишется:

(2)

Одновременно с этим, согласно закону Дальтона общее давление пара над раствором равно сумме парциальных давлений его компонентов

(3)

Помимо этого в соответствии с законом Дальтона парциальное давление компонента А пропорционально его мольной доли в паре

(4)

П – общее давление пара над смесью.

Объединяя уравнения 1 и 2 получим:

(5)

Заменяя общее давление в уравнении 5 на выражение 3 и поделив числитель и знаменатель на давление насыщенного пара компонента В получим:

(6)

где – относительная летучесть компонентов смеси.

В условиях перегонки α > 1. Связывает содержание компонента А в жидкости и паре при равновесии.

Если бы – такую смесь Разделить перегонкой будет не возможно.

Чем больше α, тем легче разделить смесь перегонкой

Рассматривая далее бинарные системы, в соответствии с правилом фаз Гиббса, видим, что число степеней свободы равно 2.

С = 2 (из трех Р, t, х, одна из которых равна константе) При этом возможны следующие варианты фазовых диаграмм

Р–х(у), t=const  

t–х(у), Р=const

х–у, Р=const

Равновесные зависимости Необходимы, чтобы определить направление переноса вещества, задать направление и определить движущую силу (могут быть представлены в виде)

Графиков (диаграммы равновесия)

Таблицы

Уравнения

Ректификация – процесс разделения жидких смесей путем многократного противоточного взаимодействия жидкости и пара не находящихся в термодинамическом равновесии.

Процесс протекает в ректификационных колоннах

Обогащение пара ЛК на тарелке происходит следующим образом: на каждой тарелке колонны пар и жидкость вступают в контакт. При этом из пара конденсируется преимущественно высококипящий компонент, а из флегмы испаряется преимущественно низкокипящий компонент. В результате этого составы пара и жидкости изменяются, приближаясь к равновесным. Пар становится богаче низкокипящим компонентом, а жидкость насыщается высококипящим компонентом. Пар конденсируют в конденсаторе. Часть этого конденсата идет в виде флегмы на орошение колонны, а другую часть – дистиллят отбирают как готовый продукт. Жидкость, выходящую из нижней части колонны, называют кубовым остатком.

Преимущественно конденсируется компонент В, т.к (НЛ), следовательно при его конденсации выделяется тепло (на нагрев смеси, при кипении происходит испарение А).

Ректификационный аппарат состоит из двух частей – верхней и нижней, каждая из которых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью. Исходная смесь F подается в среднюю часть колонны и в результате процесса делится на две части: часть, обогащенную низкокипящим компонентом (НК) – дистиллят D, и часть, обедненную НК – кубовый остаток W.

Дата добавления: 2013-12-12