Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии icon

Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии


5 чел. помогло.

Смотрите также:
Рабочая программа по дисциплине "Основные процессы и аппараты химической технологии" для...
Процессы и аппараты химической технологии...
Рабочая программа дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» для специальности 17...
Рабочая программа дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» для специальности 17...
Образовательная программа 240802 «Основные процессы химических производств и химическая...
Программа учебной дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» Направление подготовки...
Рабочая программа дисциплины «Специальное оборудование» для специальности 240801 «Машины и...
Образовательный стандарт специальность: 170500 [240801] «Машины и аппараты химических...
Образовательный стандарт специальность: 170500 «Машины и аппараты химических производств»...
Основные вопросы рабочей программы по химической технологии...
Программа курса «Процессы и аппараты химической технологии»...
Основные вопросы, выносимые для оценки знаний студентов по...



страницы: 1   2   3   4   5
вернуться в начало
скачать
^

Специфические закономерности абсорбции


1.Имеется экономически оптимальное давление во фракционирующем абсорбере , высокое давление нежелательно в десорбере, Р=1,2-1,6 МПа

2.Для абсорбции желательны невысокие темп-ры, для десорбции наоборот,

3.Промежуточное охлаждение жидких потоков в абсорбере уменьшает подачу абсорбента

.4.Коэффициент теплопередачи в жидких средах выше в 10-20 раз чем в газах, поэтому в абсорбере охлаждают жидкость

5.Циркулирующий абсорбент не может быть полностью чистым после десорбции, поэтому используется вторая стадии доочистки – адсорбция или хим. очистка

6 Загрязнение циркулирующего абсорбента ограничивает чистоту очищенного газа

7.Растворяющая способность нефтяных фракций в отношении углеводородных газов одинакова в мольных единицах (кмоль/кмоль), поэтому выгодны низкомолекулярные абсорбенты, они также сокращают энергию на нагрев при десорбции


16 ЭКСТРАКЦИЯ

16.1.Сущность процесса экстракции

Экстракцией называется процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при помощи растворителя. В растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты и мало растворяются остальные компоненты. Поэтому растворитель называется избирательным или селективным.

В нефтепереработке широко применяют процессы экстракции в системе жидкость-жидкость при очистке масел, дизельного топлива, извлечении ароматических углеводородов.

При смешении растворителя с исходным сырьем происходит перераспределение его компонентов между растворителем и остальной частью смеси. Чтобы извлечь нужные компоненты, необходимо получить гетерогенную систему, состоящую из двух жидких фаз, между которыми и распределяются извлекаемые компоненты. При контакте с избирательным растворителем образуются два раствора: экстрактный, содержащий извлеченные компоненты и рафинатный, содержащий неизвлеченные компоненты. Эти два компонента образуют расслаивающуюся систему, поэтому их можно разделить отстаиванием под действием гравитации и центробежных сил.

При экстракции извлекаемый компонент (или смесь нескольких компонентов) распределяются между образующимися при экстракции экстрактным и рафинатным растворами согласно закону равновесия:

(66)

где - x1 и x2 концентрация растворенного вещества соответственно в одной и другой жидкой фазах;

K- коэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависит от природы исходной смеси и растворителя, состава смеси и температуры.

При выборе растворителя учитывают его избирательность и растворяющую способность, которые для каждого растворителя не являются постоянными и зависят как от технологических условий процесса, так и от химического состава сырья. Чем больше избирательность растворителя, тем более четко разделяются компоненты при контакте с ним, большей избирательности соответствует больший коэффициент распределения К. Чем выше растворяющая способность растворителя, тем большую массу извлекаемых компонентов можно растворить в нем и тем, следовательно, меньше потребуется расход растворителя.

Избирательность и растворяющая способность растворителя антибатны, как правило, рост одного показателя ведет к снижению другого. При повышении температуры избирательность растворителя уменьшается, а его растворяющая способность возрастает и наоборот.

Обычно с повышением температуры растворимость в обеих фазах возрастает, а при достижении определенной температуры образуется однородный раствор эта температура называется критической температурой растворения ( КТР ). В этом случае не может быть осуществлен процесс экстракции, так как нельзя разделить экстрактный и рафинатный растворы Поэтому рабочая температура процесса должна быть ниже КТР.

.

Поскольку процесс разделения с помощью экстракции происходит только при условии, что смесь растворителя и разделяемого вещества образует гетерогенную систему, необходимо выбирать такую температуру процесса, которая обеспечивает достаточно высокую избирательность и растворяющую способность растворителя.

На процесс экстракции оказывает влияние соотношение растворителя и исходного сырья. В случае небольшого количества растворителя он при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси, образуя гомогенный раствор. При большом количестве растворителя исходная смесь полностью растворяется в растворителе, образуя также одну фазу. Каждой величине отношения растворитель — исходное сырье соответствует определенное значение температуры, при которой и выше которой данная смесь образует однофазную систему.


В промышленных условиях для экстракции используются такие растворители, как фенол, фурфурол, N-метилпироллидон , бензол, диэтиленгликоль,, пропан, и др.

Для создания внутренней циркуляции потоков в экстракционных колоннах и повышения четкости экстракции поддерживается температурный градиент экстракции, т.е. температура рафинатной зоны (верх экстракционной колонны) выше температуры экстрактной зоны (низ колонны). Температурный градиент, который в большинстве случаев составляет от 5 до 30 оС, создается путем подачи в экстрактор сырья и растворителя с разными температурами, а также рециркуляцией части охлажденного экстрактного раствора.

В процессе экстракции могут быть выделены три основных составляющих (условных компонента): избирательный растворитель, извлекаемые компоненты и неизвлекаемые компоненты. Поэтому для расчета процесса экстракции нашли широкое применение треугольные диаграммы. После отделения растворителя от экстрактного раствора получают экстракт, а от рафинатного раствора - рафинат.
^

Требования к экстрагентам


  1. Высокая селективность

  2. Нормальная растворяющая способность

  3. Большая разность плотностей в зоне вывода экстрактного раствора ( +0,2)

  4. Большая разность температур кипения для экстрагента и и сырьевых компонентов ( 70оС +), что облегчает выделение циркулирующего экстрагента

  5. Большое значение коэффициента поверхностного натяжения, чтобы избежать образования стойкой эмульсии

  6. Химическая стойкость

  7. Малая теплота испарения, если регенерация экстрагента идет ректификацией

  8. Малая токсичность

  9. Низкая температура застывания

^ 16.2 Основные методы экстрагирования

Любой процесс экстрагирования включает следующие стадии:

- смешение растворителя и сырья с целью их контактирования;

- разделение образовавшихся рафинатного и экстрактного растворов.

Причем экстрактный раствор обычно разделяется ректификацией (т.к. компоненты растворимы и отличаются температурами кипения). Рафинатный раствор обычно промывается, т.к. компоненты малорастворимые.

Поэтому одна ступень экстракции состоит из смесителя и отстойника, реализуемых в разных конструктивных модификациях.

Различают следующие разновидности процесса экстракции:

  • однократная экстракция (рисунок 16.1, а) сырье обрабатывается однократно всем количеством растворителя с последующим разделением на рафинатный и экстрактный растворы;

  • многократная экстракция - исходное сырье и рафинатные растворы обрабатываются в каждой ступени соответствующей порцией свежего растворителя (рисунок 16.1, б) ;




  • противоточная экстракция - многократное противоточное контактирование рафинатных и экстрактных растворов смежных ступеней (рисунок 16.1, в).



Противоточная экстракция может осуществляться в нескольких аппаратах типа смеситель-отстойник или в аппарате колонного типа (рисунок 16.1, г). Противоточная экстракция обеспечивает хорошее разделение при высоком выходе рафината, в то время как при многократной экстракции выход рафината высокого качества невелик. Однократную экстракцию используют для грубого разделения смеси.


^ Треугольная диаграмма и ее основные свойства.

В процессе экстракции можно рассматривать три условных компонента: растворитель, экстрагируемые компоненты и неизвлекаемые компоненты. Для представления составов такой тройной смеси используют треугольную диаграмму (рисунок 16.2), представляющую собой равносторонний треугольник, каждая вершина которого отвечает условному компоненту, а концентрации этих компонентов откладываются на сторонах треугольника. Вершина L отвечает растворителю, A -неизвлекаемым компонентам, B -извлекаемым. Поскольку при экстракции давление практически не влияет на объем жидкой фазы, а правило аддитивности объемов хорошо выполняется при смешении, потоки могут быть выражены как массовых, так и в объемных единицах. Тогда концентрации компонентов соответствующих компонентов будут равны:

( 67)

( 68)

В равностороннем треугольнике сумма длин перпендикуляров, опущенных из произвольной точки, лежащей внутри треугольника, на его стороны, равна высоте треугольника. Если принять высоту треугольника за единицу, то длины отрезков a . b и l будут выражать состав смеси в долях единицы.




Рис. 16.2. Треугольная диаграмма

Любая смесь трех компонентов отвечает точке внутри треугольника (например, точка N), двойная смесь отвечает точке на сторонах треугольника. Например, смесь компонентов А и В представлена точкой F на стороне АВ.

Вершины треугольника соответствуют концентрациям чистых компонентов.

^ КРИВАЯ РАВНОВЕСИЯ ФАЗ НА ТРЕУГОЛЬНОЙ ДИАГРАММЕ

Для расчета процесса экстракции с применением треугольной диаграммы необходимо располагать кривой равновесия фаз, определяющей составы фаз, образующихся при расслаивании системы.

На поле треугольной диаграммы отложена бинодальная кривая, отвечающая равновесным рафинатным м экстрактным растворам . Прямая RS, связывающая точки равновесных составов на бинодальной кривой, называется конодой. Коноды не параллельны одна другой.







^ Рис. IX-9. Бинодальная (равновесная) кривая Рис. IX-10. Бинодальные кривые,

и коноды на треугольной диаграмме отвечающие различным температурам на треугольной

диаграмме

При значительном разбавлении раствора компонентом ^ В взаимная растворимость компонентов настолько возрастает, что образуется гомогенный раствор, характеризуемый точкой К. Эту точку называют критической. При дальнейшем увеличении концентрации компонента В в растворе он будет оставаться гомогенным.

Любая точка, например N, лежащая внутри контура, ограниченного бинодальной кривой, отвечает двухфазной системе, тогда как любая точка, находящаяся вне этого контура, характеризует однофазную систему (гомогенный жидкий раствор).

Если взять смесь трех компонентов, определяемую точкой N, то такая система образует два расслаивающихся раствора (две равновесные жидкие фазы), составы которых после расслаивания характеризуются точками R и S, находящимися на пересечении коноды, проходящей через точку N, с нижней и верхней ветвями бинодальной кривой.

Нижняя ветвь бинодальной кривой соответствует небольшим концентрациям компонента L (растворителя), что характеризует рафинатные растворы Rf. Верхняя ветвь бинодальной кривой отвечает высоким концентрациям компонента L и характеризует экстрактные растворы S,.

Треугольная диаграмма обладает следующим основным свойством, которое вытекает из материальный баланса смешения. Если при смешении двух систем R и S получается новая система N, то точка характеризующая все три системы, располагается на одной прямой. При этом точка N располагается между точками R и S на расстояниях, обратно пропорцинальноых массам ( объемам) исходных систем R и S , т.е. SR отрезок пропорционален массе системы N , отрезок NR - массе системы S, а отрезок NS - массе системы S




где gR и gs — соответственно количество рафинатного и экстрактного раствора.

Каждая бинодальная кривая отвечает определенной температуре и может быть построена на основании экспериментальных данных.

При изменении растворимости с изменением температуры бинодальная кривая будет менять свое положение. Поскольку в большинстве случаев взаимная растворимость компонентов повышается с увеличением температуры, область существования расслаивающихся систем сокращается. При некоторой температуре Ткр, называемой критической, компоненты, входящие в состав трехфазной системы, будут полностью растворяться друг в друге, образуя гомогенный жидкий раствор.

На рис. IX-10 приведены бинодальные кривые для нескольких температур при условии tx < t2 < t3 < ТKp.





оставить комментарий
страница4/5
Дата12.10.2011
Размер1,01 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5
плохо
  3
средне
  1
хорошо
  4
отлично
  21
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх