Адсорбция

Тепловой баланс

Ректификация

Материальный баланс

Равновесие при перегонке жидкости.

Парциальное давление компонента в смеси определяется его концентрацией (закон Рауля).

(1)

(2)

где р_А, р_В – давление насыщенных паров, Па;

х_А – концентрация.

По правилу фаз Гиббса система из 2^х фаз, 2^х компонентов

С = к – Ф +2 = 2 - 2 + 2 = 2 степени свободы из трёх (P,t,x), т.е. фазовые диаграммы трёхмерны. Для упрощения строят в плоскости, считая один из параметров, как правило – давление.

Для построения используют зоны Рауля и Дальтона

р_А = Р * у_А^* = р_А*х_А; Р = р_А + р_В;

, по заданным Р, р_А , р_В при различной температуре находят х_А, а затем у_А^* и получают фазовую диаграмму:

t

P = const

 

t_BK конденсация

t_НК кипение

Точки внутри соответствуют равновесным концентрациям парожидкостной системы. В резыльтате анализа фазовых диаграмм з-в фазового равновесия выведено уравнение линии равновесия для идеальных систем.

,

где - коэффициент разделения ;

 

В реальных системах (азеотропах) условия равновесия существенно усложняются и описываются с помощью законов Коновалова и Вревского, учитывающих влияние фазового состава разделяемой смеси.

1. Простая перегонка

холодильник

 

 

дефлегматор

дистиллят (Р)

вода

L (F)

пар куб-кипятильник

 

конденсат остаток (W)

Цель: определение расхода остатка или дистиллята.

L – количество жидкости;

х – концентрация по НК;

у^* - равновесная концентрация в паре;

y^* = f(x) – для каждой смеси.

В процессе в каждый момент времени происходит изменение состава и количества жидкости в кубе по НК.

Количество НК:

 

Интегрируют графически, определяя:

 

Далее определяют количество дистиллята:

 

и его состав по НК

 

 

Технологических схем ректификации много, но принцип и задачи материального баланса те же самые, что и при перегонке. Разберём на примере бинарной непрерывной ректификации.

 

 

вода

G,Y_P

укрепляющая

часть

 

 

Ф, х_Ф Р, х_Р

питающая тарелка

пар

исчерпывающая часть

конденсат

W, x_F

F, x_F - расход и концентрация исходной смеси;

P, x_P - расход и концентрация по НК в дистилляте;

W, x_W - расход и концентрация в кубовом остатке;

G - расход пара НК;

Ф - расход флегмы.

Очевидно:

, по НК

Отношение - флегмовое число, от него зависит качество дистиллята, т.е. содержание НК. - качество улучшается. Определяет число тарелок .

По материальному балансу получают уравнения рабочей линии:

- укрепляющая часть;

- исчерпывающая часть;

где - степень разделения

 

 

 

исп. флегмы тепл. на исп. д. нагревание куб.

Адсорбция – Массообменный процесс поглощения газов или растворённых веществ из газовых и жидких однородных систем твёрдыми веществами (адсорбентами).

Назначение - процесс применяется в химической технологии, нефтехимии, пищевой промышленности, приборостроении и т.п. для:

- разделения газовых смесей;

- очистки жидкостей от примесей;

- очистки отходящих газов от вредных веществ;

- очистки воздуха.

Особенность процесса – избирательность и обратимость (пояснить). Адсорбция бывает физическая и химическая.

Движущая сила – разность концентрации или давлений поглощаемого компонента в газе или жидкости и на поверхности, а также в порах адсорбента.

Равновесие при адсорбции описывается уравнениями:

(1)

(2)

- концентрация поглощаемого вещества в адсорбенте, кг/кг;

- равновесная (при которой не происходит поглощения) концентрация в газовой смеси или растворе, кг/кг;

Р - равновесное давление поглощаемого вещества в газовой смеси, Па;

k, A, B - константы равновесия, определяемые опытным путём и зависящие от:

1) температуры t ; ст-нь

2) давления Р ; ст-нь

3) природы поглощаемого вещества – описывается с помощью изотерм адсорбции при t = const;

4) Примесей.