Перегонка – это процесс частичного испарения жидкости или конденсации паров, проводимый для получения одного из продуктов обогащенного НКК или ВКК. Образующийся при этом отгон в паровой фазе, обогащенный НКК, подвергают в дальнейшем конденсации. Процесс перегонки осуществляется 6-мя способами:
- однократное испарение и однократная конденсация (эти процессы характеризуются тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием [однократно]. Принимается, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы находятся в равновесии).
- многократное испарение многократная конденсация (процессы состоят в многократном процессе повторения процессов ОИ и ОК для более полного разделения смеси).
- постепенное испарение и постепенная конденсация (эти процессы осуществляются так, что пары, образовавшиеся при испарении или конденсации, удаляются из системы непрерывно в момент их образования).
Однократное испарение
Испарение – процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное. Процесс характеризуется тем, что образовавшиеся паровая и жидкая фазы не разделяются до окончания процесса, а при достижении конечной температуры их разделяют в один прием (однократно). Принимается, что фазы находятся в равновесии. Рассматриваются 2-х компонентные смеси.
G
сепаратор
F испаритель t
g
(1) – материальный баланс процесса ОИ; где F – масса исходной смеси, G – масса обра-
зовавшихся паров, g – масса образовавшейся жидкости.
(2) – материальный баланс ОИ для НКК; где - исходная концентрация смеси
y – концентрация паровой фазы, х – концентрация жидкой фазы.
(3)
поделим обе части уравнения на F →
(4)
(5)
подставим (5) в (4) →
(6)
из урав (6) →
(7) –доля отгона. Это отношение массы образов.паров к массе исходной смеси.
(8) – мольная доля отгона
(9) – связь доли отгона с мольной долей отгона; где -средняя мольная
масса паров, - мольная масса исходной жидкой смеси.
Процесс ОИ связан с подводом тепла
(1) – тепловой баланс процесса ОИ; где - тепло исходной смеси.
(2)
(3) – приведенная энтальпия сырья, которая определяет количество введенного
тепла, приходящегося на единицу массы исходного сырья.
- уравнение прямой, проходящей через 3 точки: a (, ); b(x, ); c(y, ).
Исходная смесь при тем-ре и концентрации НКК соответствует т.F,f. Нагреванию смеси от до соответствует прямая F-B’,f-b’, при этом состав исходной смеси не меняется. В т.B’,b’ – тем-ра соответствует тем-ре кипения при е=0. Образующийся при этом пар находится в равновесии с жидкостью. При нагреве сырья от до t, ему сообщается тепло - т.а, A. В этой точке система будет состоять из жидкой и паровой фаз, составов x и y. Составы и энтальпии жидкости и пара определяются т.b, B, C, c.
отрезок ba, BA пропорционален массе отгона G, а отрезок ac, AC –массе исходной смеси.
При нагревании до смесь перейдет в парообразное состояние, при этом е=1. Состав этого пара – т.с”, C”, при этом . Состав и энтальпия жидкого остатка определяются т.b”, B”. - t конца процесса ОИ. При нагревании выше система будет состоять из перегревшего пара состава . При понижении тем-ры будет охлаждение паров, а с т.с”, C” их конденсация. Степень конденсации:
.
Постепенное испарение
G конденсатор
испаритель
Процесс осуществляется так, что пары, образовавшиеся при испарении, удаляются из системы непрерывно в момент их образования. Образовавшиеся в системе паровая и жидкая фазы всегда находятся в состоянии равновесия.
(1) – материальный баланс по НКК для элементарного процесса; где g
– масса загрузки в испарители, x – концентрация в ней НКК, dg -
часть испарившейся жидкости, dx – изменившийся состав жидкой
фазы, (x-dx) – новый состав жидкости, y – состав паровой фазы.
Из уравнения (1) →
(2) – уравнение Рейлея.
(3) – пар находится в равновесии с жидкостью.
(4) – уравнение КРФ через y.
подставим урав (4) в урав (2) →
- уравнение Рейлея, используется для определения по результатам постепенной перегонки.
- средний состав отгона.
Постепенная конденсация
G
F
конденсатор
приемники
(1) – материальный баланс для бесконечно малой массы
сконденсированных паров
Из уравнения (1) →
(2) – уравнение Рейлея.
(3) – пар находится в равновесии с жидкостью.
(4) – уравнение КРФ через x.
подставим урав (4) в урав (2) →
- уравнение Рейлея, используется для определения в интервале температур конденсации.
- средний состав конденсата.
Многократное испарение
Процесс многократного испарения состоит из повторений процесса однократного испарения для более полного разделения исходной смеси.
сепаратор сепаратор
F испаритель испаритель
Пусть многократному испарению подвергается смесь с содержанием НКК , находящаяся при тем-ре - т.F, f.
Проводим ОИ при тем-ре будут получены составы жидкой и паровой фаз и , при этом на первой ступени: ,относ.кол-во исп.ж-и:
, масса жидкого остатка:
.Жидкий остаток подвергают ОИ во второй ступени при . Образовавшиеся жидкая и паровая фазы будут иметь состав и . , доля неиспарившейся жидкости: . Масса жидкого остатка:
. После проведения (к) ступеней ОИ, масса жидкости:
. С повышением ступеней ОИ, уменьшается масса жидкого остатка. Процесс МИ – линия .
Многократная конденсация
сепаратор сепаратор
F
конденсатор конденсатор
При охлаждении паров с начальной концентрацией НКК
от - т.F (f) до происходит частичная конденсация. Масса парового остатка: .
На второй ступени паровой остаток охлаждается от до → еще часть паров сконденсируется и масса остатка:
После к-ой ступени конденсации, масса остатка будет:
.
Процесс МК:
.