Перенос вещества при ректификации

К процессам массообмена относятся абсорбция, ректификация, кристаллизация, адсорбция, экстракция и др. Их особенностью является осуществление физико-химических процессов в нескольких сосуществующих фазах. При этом уравнения балансов должны быть записаны отдельно для каждой из фаз. Проиллюстрируем математические описания для некоторых типов массообменных аппаратов и для установившегося процесса. Укажем, что скорость массообмена определяется скоростью переноса компонента из одной фазы в другую. Условия термодинамического равновесия приводят к равенству химических потенциалов компонента в сосуществующих фазах. Внутри фазы перенос вещества осуще- [c.80]

МАССООБМЕН — явление переноса вещества в пределах одной или нескольких фаз, лежащее в основе многих процессов разделения разнообразных смесей (сорбция, десорбция, дистилляция, ректификация, экстракция, растворение, кристаллизация). [c.155]

Эффективность разделительных аппаратов колонного типа с непрерывным контактом фаз, к каковым относятся насадочные и пленочные ректификационные колонны, часто выражают также через высоту единицы переноса — ВЕП и соответственно через число единиц переноса — ЧЕП. В основе этих характеристик лежит рассмотренное выше понятие о движущей силе массообмена, обусловливающей перенос вещества в колонне отсюда и термин единица переноса . Высоте единицы переноса соответствует высота такого участка разделительной части колонны, для воображаемых концов которого разница в составах входящего (выходящего) и выходящего (входящего) потоков одной из фаз равна средней движущей силе на этом участке. Поскольку применительно к ректификации движущая сила в принципе может быть представлена в виде разности [у—у ) или х —л ), то по отношению к соответствующей разности высоту единицы переноса обозначают как (ВЕП)ог/ или (ВЕП)ох. [c.72]

Однако в химической технологии существует целый ряд процессов, когда взаимодействие или разделение веществ осуществляется в несколько стадий. Наиболее типичным примером многостадийного процесса разделения является процесс ректификации, осуществляемый, например, в тарельчатой колонне. За счет подвода тепла в кипятильник исчерпывающей части колонны в ней создаются встречные потоки пара и жидкости. Межфазовый перенос веществ происходит в несколько стадий на каждой из них пар обогащается более летучим компонентом, а жидкость — менее летучим. [c.152]

Массообменные процессы - растворение, кристаллизация, сушка, дистилляция, ректификация, абсорбция, экстракция, десорбция, которые представляют собой перенос вещества внутри фазы или между фазами, вызванный градиентом его концентраций и протекающий без изменения химического состава. Для этого служат кристаллизаторы, сушилки, дистилляторы, ректификаторы, абсорберы, экстракторы, десорберы. [c.17]

Принципиально технологические расчеты ректификационных колонн аналогичны расчетам других массообменных аппаратов и основаны на тех же закономерностях, которые достаточно подробно рассмотрены в гл. 15 и 16. Следует, однако, отметить, что процесс ректификации значительно сложнее, например, процесса абсорбции, так как в этом процессе перенос вещества всегда сопровождается теплопереносом. На первый взгляд может показаться, что скорость процесса ректификации зависит только от скорости подвода теплоты к разделяемой смеси. Однако в действительности это не так. Конечно, без подвода теплоты процесс ректификации происходить не будет. Но скорость процесса и его эффективность, как и в любом другом массообменном процессе, зависят обычно от скорости массопереноса между фазами, т.е. от скорости массоотдачи в фазах. Поэтому и для ректификации справедливы все положения, рассмотренные в гл. 15,-влияние на скорость процесса гидродинамических условий, физических свойств фаз и других факторов, выя вление лимитирующей стадии процесса, определение его движущей силы и т.д. [c.133]

К группе диффузионных, или массообменных, процессов относят перенос вещества, как правило, с одновременным изменением его агрегатного состояния (растворение и кристаллизация, сушка, сублимация, экстрагирование, ректификация, сорбция, ионный обмен). [c.211]

Под термином контактная ректификация понимают весь процесс, как он описан выше, в котором восходящие пары и стекающая жидкость приходят в тесное соприкосновение. Перенос вещества из одной фазы в другую при этом происходит в основном вследствие стремления достигнуть равновесного состава. [c.7]

Из изложенного следует, что для точного расчета ректификации необходимы тщательное накопление данных по кинетике процесса и детальный анализ механизма переноса вещества. [c.113]

Массопередача в процессе ректификации заключается в переходе высококипящих компонентов из паровой фазы в жидкую и в переходе в противоположном направлении эквивалентного количества низкокипящих компонентов. Таким образом, массообмен между паром и жидкостью является взаимным. Процесс фазового перехода можно рассматривать как состоящий из трех стадий 1) переноса вещества из объема отдающей фазы к границе раздела между фазал и 2) перехода вещества через пограничный сдой 3) переноса вещества от границы раздела в объем принимающей фазы. Скорость каждой из стадий зависит от движущей силы, за которую обычно принимается разность концентраций переносимого компонента, сопротивления переносу, зависящего от гидродинамической обстановки, в которой протекает процесс массообмена, и технологических условий. [c.28]

Потребуются еще многочисленные теоретические и экспериментальные исследования в широком диапазоне определяющих факторов (свойства систем, гидродинамическая обстановка, конструкции и размеры аппаратов), прежде чем кинетика процесса экстракции будет исчерпывающе описана математическим уравнением. Практические запросы промышленности требуют, однако, того, чтобы кинетическим исследованиям процессов жидкостной экстракции сопутствовали серьезные изыскания по их аппаратурному оформлению. Опыт показал, что прямое использование аппаратуры для опередивших в своем развитии процессов ректификации и абсорбции оказалось малоэффективным применительно к процессам экстракции. Стало очевидным, что для повышения эффективности этих аппаратов необходимо активизировать процесс диффузионного переноса вещества путем затраты внешней энергии. Этот принцип позволяет сохранить в арсенале экстракционной техники такие типы аппаратов, как насадочные и ситчатые колонны путем сообщения находящимся в них жидкостям колебательного движения (пульсация, вибрация). [c.106]

Массообмен — перенос вещества в различных системах из одной фазы в другую. Массообмен — основа процессов дистилляции, ректификации, абсорбции, экстракции, растворения и др. [c.20]

Ректификация представляет собой процесс разделения смеси компонентов летучих жидкостей с различной упругостью паров. Для проведения этого процесса наряду с тарельчатыми колоннами используются аппараты колонного типа, заполненные насадкой. Наиболее распространена керамическая насадка — полые цилиндры, в насадочных колоннах пар движется снизу вверх навстречу стекающей жидкости (противотоком), при этом легколетучие компоненты имеют повышенную концентрацию в паре, а труднолетучие (тяжелые) — в жидкости. Потоки пара и жидкости находятся Б постоянном взаимодействии на поверхности насадки. Разность концентраций фаз обеспечивает условия, необходимые для диффузионного переноса вещества в системе контактирующих сред. Процесс переноса вещества, или массопередача, между фазами идет непрерывно, в результате непрерывно меняются концентрации потоков жидкости и пара вдоль всей поверхности контакта фаз (по высоте колонны). Таким образом, в насадочной колонне протекает противоточный дифференциальный процесс массообмена между фазами (пар — жидкость) по высоте аппарата. [c.251]

В химической технологии большое значение имеют процессы диффузионного обмена веш еством между фазами. Сюда относятся с одной стороны перегонка (ректификация) жидких смесей,с другой, — процессы абсорбции (поглощения газов жидкостями) и экстракции (переноса вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами). Перегонка представляет собой многократное повторение процессов испарения и конденсации при переменном составе жидкой смеси. Поглощение газа жидкостью подобно процессу конденсации, с той лишь разницей, что к диффузионному сопротивлению газа добавляется диффузионное сопротивление конденсированной фазы. Если абсорбция не сопровождается медленными химическими реакциями, то на поверхности устанавливается равновесие между концентрациями диффундирующего вещества в газовой и жидкой фазах. При стационарном протекании процесса он может быть описан моделью двух пленок газовой и жидкой. Как и всегда в подобных случаях, действует закон сложения последовательных сопротивлений [c.166]

Перенос вещества из фазы в фазу при ректификации описан функцией источника (стока) получено уравнение, позволяющее описать реальное распределение концентраций в основной массе потока. Предложен метод обработки экспериментальных данных при ректификации. [c.64]

Процесс ректификации характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в паровую и наоборот. Этот переход связан с явлением диффузии — переносом вещества через жидкость, газ или твердую фазу (гомогенный раствор), возникающим вследствие разности концентраций или (в более общем виде) значений химического потенциала в двух областях растворов. [c.182]

Группа диффузионных, или массообменных, процессов связана с переносом веществ в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую (абсорбция, дистилляция и ректификация, адсорбция и десорбция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ионный обмен и др.), скорость которых определяется законами массопереноса. [c.137]

Массообменные процессы обратимы, т. е. направление переноса компонентов смеси может изменяться в зависимости от рабочих условий (давления, температуры) и свойств разделяемой смеси. Перенос вещества прекращается при достижении состояния равновесия между фазами. К массообменным процессам относятся перегонка, ректификация, абсорбция, экстракция, адсорбция, сушка. [c.191]

Система, состоящая из совокупности капель или пузырьков (ламинарный режим). Перенос массы в каплях или пузырьках имеет большое практическое значение в самых разнообразных процессах Это связано с тем, что в каплях или пузырьках, как и в пленке жидкости, подвижная поверхность раздела фаз способствует значительной интенсификации массообмена. Этим обусловливается широкое использование элементарных актов переноса вещества через поверхность раздела капель или пузырьков в различных промышленных процессах. Так, экстрагирование из жидкой фазы производится из капель абсорбция, хемосорбция, ректификация и т.д. осуществляются в колонных аппаратах в интенсивных режимах взаимодействия контактирующих фаз, представляющих собой систему капель или пузырьков. Отметим, что большая часть [c.432]

Несмотря на наличие работ [2—9], некоторые стороны процесса ректификации изучены недостаточно. Часть наиболее интересных вопросов массопередачи, например влияние гидродинамических условий движения жидкой фазы на коэффициент массопередачи, количественная оценка величин сопротивлений переносу вещества в жидкой и паровой фазе, не разработаны. [c.84]

Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов уже давно применяют разнообразные способы перегонку и ректификацию, абсорбцию и адсорбцию, экстракцию и др. Однако природа за миллионы лет эволюции живых организмов выработала наиболее универсальный и совершенный метод разделения с использованием полупроницаемых мембран. Действительно, биологические мембраны обеспечивают направленный перенос необходимых организму веществ из внешней среды в клетку, и наоборот. Без мембран невозможны были бы дыхание, кроветворение, синтез белка, усвоение пищи, удаление отходов и другие процессы. [c.13]

Рис. 103 иллюстрирует взаимосвязь между гидравлическим сопротивлением насадки и ее разделяющей способностью. Линейная зависимость числа теоретических ступеней, приходящихся на 1 м рабочей высоты колонны, Пуд для насадки из спиралей (см. табл. 29) от гидравлического сопротивления при турбулентном движении паров показывает, что во всем интервале нагрузок для турбулентного режима между переносом количества движения, тепла и вещества в процессе ректификации существует аналогия. Механизм массообмена при этом остается неизменным. Выше линии изломов с—с (см. рис. 103) пар в виде пузырей барботирует через накопившийся слой жидкости, причем процесс массообмена протекает уже по другому закону [203, 206, 208]. [c.166]

Массообменные (диффузионные) процессы, характеризующиеся переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. Наиболее медленной и по-атому обычно лимитирующей стадией массообменных процессов является молекулярная диффузия распределяемого вещества. К этой группе процессов, описываемых законами массопередачи, относятся абсорбция, перегонка (ректификация), экстракция из растворов, растворение [и экстракция из пористых твердых тел, кристаллизация, адсорбция и сушка. [c.13]

Если рабочая линия расположена ниже линии равновесия (ри . Х-3, а), то для любой точки, например точки А рабочей линии, у <5 у и д > л , где у и х — равновесные концентрации. Следовательно, распределяемое вещество (компонент) будет переходить в этом случае из фазы Фд. в фазу Ф . Перенос в таком направлении происходит, например, в процессе ректификации, где более летучий компонент переходит из жидкой фазы (Ф в паровую (Фу). [c.389]

В головке колонки. После окончания перегонки выключают электрический обогрев и охлаждающую воду, а также отключают вакуум. До отключения вакуума колонку целесообразно заполнить инертным газом во избежание окисления остатков вещества в колонке и перегонной колбе. После охлаждения определяют вес остатка в перегонной колбе и вес статической задержки, оставшейся в колонке, для чего колонку с перегонной колбой взвешивают до и после очистки. Если после перегонки остается высококипящий остаток, то колонку можно очистить добавкой низкокипящего растворителя (этиловый эфир, ацетон) через 1—2 час работы с полным орошением колонка и ее головка полностью отмываются. После этого содержимое перегонной колбы количественно переносят в взвешенную колбочку, отгоняют растворитель, снова взвешивают и находят таким образом общий вес кубового остатка и задержки колонки. Иногда в процессе ректификации колонка загрязняется вязкими полимерами, не растворяющимися в низкокипящих растворителях. В таких случаях для их вымывания следует использовать специальные растворители, например пиридин, монометиловый эфир этиленгликоля и т. д., перегоняя их в течение длительного времени с полным орошением колонки. После этого остаток использованного растворителя вымывают из колонки порцией легколетучего растворителя, который в свою очередь отгоняют при осторожном нагревании рубашки и продувании колонки инертным газом. Вычищенную и высушенную колонку хранят в закрытом виде, предохраняя ее от загрязнения и увлажнения. [c.255]

Оценивая особенности процесса очистки кадмия и цинка с позиций массообмена, необходимо отметить аномально высокое поверхностное натяжение этих веществ. При нормальной температуре кипения поверхностное натяжение жидкого кадмия составляет 600,8 дин/см (ири 770 °С), для цинка а = 722,5 дин/см (при 913 °С). По этой причине при ректификации кадмия и цинка активная поверхность контакта фаз в насадочных колоннах значительно меньше, чем при ректификации органических веществ, и эффективность очистки в аппаратах данного тина относительно невысока. Так, при очистке кадмия от цинка высота единицы переноса Ло у в колонне с насадкой из колец Фенске 5 X 0,2 мм составила 0,2 м. Только при повышении нагрузки по жидкости и пару и переходе в режим инверсии фаз наблюдалось увеличение эффективности до = = 0,13 м [8]. [c.158]

И. Дорохов с сотр. разработал кинетическ ую модель межфаз-ного переноса вещества с единых позиций неравновесной термодинамики, механики гетерогенных сред с учетом реальной гидродинамической обстановки для расчета тарельчатых ректификационных колонн. Это позволило не прибегать к эмпирическим зависимостям. На основе системного подхода было показано, как строится полное математическое описание процесса ректификации, а также исследуются возможности этого подхода для проверочного и проектного расчетов ректификационных колонн. [c.141]

При дистилляции (или простой иерегонк е) молекулы, отрывающиеся с поверхности испарения, движутся в одном и том же направлении до момента достижения поверхности конденсации. Отличительная же особенность ректификации состоит в том, что поток жидкости (как правило сконденсированных паров) направляется навстречу поднимающемуся потоку паров. Если дистилляция состоит всего лишь из процессов испарения и конденсации, то при ректификации благодаря тесному контакту двух фаз в колонне имеет место массо- и теплообмен. Рассмотрим в общих чертах процесс, протекающий на тарелке колонны (рис. 24). При установившемся режиме составы пара и жидкости на одной и той же тарелке изменяются в направлении достижения термодинамического равновесия между ними под влиянием градиентов температур и концентраций. Вследствие переноса вещества в вертикальном направлении (парами вверх, а жидкостью вниз) это равновесие нарушается, что благоприятствует дальнейшему обогащению паров легколетучими компонентами [1]. Другими словами, поток жидкости (флегма) на своем пути из зоны более низких температур (вверх колонны) в зону более высоких температур (кипятильник) поглощает из потока паров высококипящие компоненты и выделяет легколетучие компоненты. Температурному градиенту в колонне соответствует перепад концентраций в парах и в жидкости. При этом в кипятильнике пар менее насыщен легколетучим компонентом, чем в головной части колонны, а жидкость (флегма) в верху колонны содержит больше легколетучего компонента, чем на входе в кипятильник. [c.39]

Горизонтальный ректификатор Янцена (рис. 124) позволяет проводить ректификацию образцов массой от 1 до 100 мг. Смесь загружают в капиллярную трубку длиной 1200 мм и диаметром 5,5—5,7 мм [31. В нагревательном цилиндрическом кожухе создают перепад температур в 30 °С и с помощью тока водорода обеспечивают перенос вещества в направлении понижения температуры. При этом легколетучие компоненты перемещаются дальше, чем труднолетучие. Прибор предназначен специально для разделения высококипящих веществ. Рис. 125 иллюстрирует результаты разделения смеси додекановой и тетрадекановой кислот. Фишер [За 1 описывает новый усовершенствованный автоматический прибор такого типа. [c.197]

Процусс ректификации осуществляется в условиях контакта двух фаз - паровой и жидкой. При отсутствии равновесия между фазами происходит переход вещества из одной фазы в другую -массопередача. Массопередача является сложным процессом,состоящим из переноса вещества в каждой из фаз я переноса вещества через границу раздела фаз. [c.28]

Из анализа приведенных выше данных следует, что при ректификации раствора 1г в ссХц,, когда сопротивление переносу вещества со стороны паровой фазы составляет 80% и [c.34]

В отличие от процессов класса 3(2-2) в процессе ректификации нельзя вьщелить инерт, поток которого постоянен все компоненты (в бинарной смеси — оба компонента) участвуют в переносе вещества между фазами. Поэтому здесь нецелесооб- [c.1018]

Массообмен осуществляется путем молекулярной, турбулентной и конвективной диффузии, из которых наиболее медленной является первая. Основное сопротивление массообмена происходит в пограничных слоях у границы раздела фаз. Увеличение массообмена может быть достигнуто повышением относительных скоростей фаз, что ведет к уменьшению толщины пограничного слоя, росту турбулентной и конвективной составляющих переноса вещества, увеличению поверхности контакта взаимодействующих фаз и движущей силы процесса, например, путем повышения коэффициента про-тивоточности или изменения рабочих условий — температуры, давления. Различают два варианта массообмена односторонний (например, при абсорбции компоненты из газовой фазы переходят в жидкую) и двухсторонний (при ректификации). [c.108]

Обычные методы ректификации включают в себя сток флегмы под влиянием силы тяжести, что обеспечивает контактную ректификацию. Двухсторонний перенос вещества между потоками жидкости и пара, текущими в противоположных направлениях, происходит благодаря самопроизвольному стремлению жидкости и пара, находящихся в контакте, достигнуть равновесия. Пар в любой точке колонки всегда более беден легким материалом по сравнению с гипотетическим составом, который должен был бы иметь пар при равновесии с кидкостью в данной точке. Вследствие этого всегда происходит самопроизвольный перенос тяжелого вещества в жидкость и легкого вещества в пар. Это подробно рассматривается в гл. I. Анализ этого явления, протекающего при низком давлении, однако, указывает на некоторые особенности, которые не имеют какого-либо значения при атмосферном давлении. В последнем случае скорость переноса между этими фазами настолько мала по сравнению с абсолютной скоростью, что для практических целей можно считать жидкость и пар находящимися в равновесии друг с другом на поверхности раздела фаз тогда фактором, определяющим скорость процесса, является диффузия вещества к поверхности раздела и от нее. С другой стороны, абсолютная скорость испарения и конденсации становится при низких давлениях малой (см. гл. VI, часть I). При давлениях порядка нескольких миллиметров ртутного столба испарение и конденсация могут стать самой медленной стадией, определяющей и лимитируюп ей весь процесс обогащения. [c.394]

Для того, чтобы выяснить причины противоречивости данных различных авторов следует учесть, что кинетика Д1ассообмеиа определяется диффузионным сопротивлением контактирующих фаз. Ясное представление о том, сопротивление какой фазы лимитирует скорость протекания процесса в целом, позволяет правильно попять физическую картину переноса вещества и оценить влияние разных факторов, в том числе понижения давления на кинетику ректификации. [c.111]

Следует указать, что невозможно достаточно полно описать основные закономерности процесса разделения в насадочной колонне, если оперировать только такими величинами, как высота, эквивалентная т еоретической ступени или единице переноса. Зицман [159] показал, что массообмен в насадочной колонне протекает тем интенсивнее, чем легче проникают компоненты из ядра одной фазы к границе раздела жидкость — газ и оттуда далее в ядро другой фазы. Поэтому необходимо принять во внимание два диффузионных сопротивления, а именно при массопере-носе внутри паровой фазы и при массопереносе внутри жидкой фазы. Диффузионные сопротивления зависят от среднего пути переносимого вещества в соответствующей фазе, от степени перемешивания фазы в точках контакта между насадочными телами, от турбулентных завихрений и других факторов, которые уже были обсуждены в разд. 4.2. Соотношение между диффузионными сопротивлениями в газовой и жидкой фазах, экспериментально измеренные Зицманом для семи различных типов насадки, указаны в табл. 17. Из данных табл. 17 следует вывод, что вклад диффузионного сопротивления газовой фазы в общее сопротивление массопереносу при ректификации может составлять от 9 до 96%. [c.119]

Испарение через мембрану осуществляется с помощью непористых полимерных мембран. Исходная жидкая смесь, подлежащая разделению, приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой мембраны, проникшие через мембрану вещества в виде пара удаляются с другой стороны мембраны. Низкие значения парциальных давлений проникающих через мембрану компонентов обеспечиваются путем создания вакуума со стороны паровой фазы или с помощью газа-носителя (см. раздел 18). В отличие от большинства других мембранных процессов, для проведения которых не требуется подвода тепла, процесс испарения через мембрану требует испарения части исходной жидкой смеси. Поэтому данный метод разделения целесообразно использовать для выделения из жидких смесей компонентов, содержащихся в небольших количествах. Разделение смеси достигается за счет того, что различные компоненты смеси переносятся через мембрану с различной скоростью. С помощью испарения через мембрану могут эффективно разделяться азеотропные жидкие смеси, проявляющие положительные отклонения от закона Рауля, разделение которых при помощи обычного процесса ректификации невозможно. В настоящее время испарение через мембрану используется главным образом для дегидратации, т. е. удаления воды из органических растворителей или их смсссй. [c.32]

Перенос распределяемого вещества пропсходит всегда из фазы, где его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Так, в процессе абсорбции распределяемое вещество переходит из газовой фазы в жидкую. В процессах перегонки и ректификации двухкомпонентной смеси болье летучее вещество преходит из жидкой фазы в паровую до тех пор, пока не наступит равновесие между фазами по содержанию этoгJ компонента. [c.159]