Обратимая ректификация области

Введем формально понятие области обратимой ректификации [19]. необходимое для рассмотрения первичных и вторичных структурных элементов, определяющих термодинамически обратимый процесс ректификации. Областью обратимой ректификации верхней (нижней) секции является часть концентрационного пространства, в пределах которой один и тот же компонент имеет наименьшее (наибольшее) значение коэффициента фазового равновесия. В главе II показано, что [c.34]

Неравенства (П.136) и (П.138) означают, что точка верхнего (нижнего) продукта и точка питания принадлежат одной области обратимой ректификации верхней (нижней) секции [19]. [c.67]

Поскольку границы областей обратимой ректификации и областей ректификации при бесконечной флегме не совпадают, траектория обратимой ректификации в концентрационном пространстве может пересекать границы областей ректификации при бесконечной флегме. [c.68]

Если смесь зеотропна, но ее концентрационное пространство распадается на несколько областей обратимой ректификации, то траектория обратимой ректификации в концентрационном пространстве ограничена соответствующими а-многообразиями. [c.68]

Вместе с тем следует иметь в виду, что выражения (П.143) или (П.144) являются необходимыми, а не достаточными условия-ми осуществимости процесса обратимой ректификации (так же, как и условие принадлежности продуктовой точки и точки питания одной области обратимой ректификации). Условия (II.143) и (11.144) означают, что траектория обратимой ректификации существует как в окрестности точки питания, так и на границе симплекса в зоне исчерпывания компонента. [c.69]

Для рассматриваемой смеси в отпарной секции могут исчерпываться компоненты 2 и 3. В соответствии с этим концентрационный треугольник разделяется а2з-линией на две области обратимой ректификации. В области, примыкающей к вершине 1, исчерпывается компонент 2 (рис. П-19,г). [c.72]

Проведенный анализ показывает, что структура пучков траекторий обратимой ректификации для укрепляющей и отпарной секций качественно отличается от структуры пучков с-линий и линий дистилляции (рис. II-—19,6) и носит более сложный характер. В отличие от пучков с-линий и линий дистилляции, имеющих по две узловых точки, пучки траекторий обратимой ректификации могут иметь одну узловую точку, две узловые точки или не иметь узловых точек. Пучки траекторий обратимой ректификации, имеющие две узловые точки, носят мнимый характер. Для пучков траекторий, не имеющих узловых точек, процесс может идти в двух направлениях. Пучки траекторий исчерпывания различных компонентов, заполняющие области обратимой ректификации, отделяются один от другого соответствующими а-линиями. Части пучков, заполняющие подобласти обратимой ректификации, отделяются одна от другой особыми траекториями сепаратрисами, соединяющими узел пучка и азеотроп, и траекториями, касательными к стороне концентрационного треугольника. Отметим также, что седло для с-линий и линий дистилляции может служить узлом для траекторий обратимой ректификации. [c.73]

Линия min К2 (см. линию IV на рис. П-19,г) делит область обратимой ректификации отпарной секции на две подобласти, поскольку эта линия является линией особых точек. [c.77]

Рассмотрим случаи, когда в одной из секций первой колонны полное исчерпывание компонента невозможно. Если, например, точка питания принадлежит области обратимой ректификации укрепляющей секции, где наиболее тяжелым является компонент 2, то точка кубового продукта лежит на стороне/—2, а точка дистиллата при максимально возможном разделении— в области обратимой ректификации, где наиболее тяжелым являются компоненты 1 (в подобласти, имеющей узлом азеотроп 12). Тогда во второй колонне, куда поступает дистиллат первой колонны, можно осуществить разделение 2,3 1,2). Кубовые продукты первой и второй колонн можно направить в третью колонну с двумя питаниями и разделением 12 2). Наконец, дистиллат второй колонны направляем в четвертую колонну с разделением 2 3). В результате в системе колонн получаем все чистые компоненты и азеотроп 12. [c.83]

Однако если точка питания принадлежит области обратимой ректификации укрепляющей секции (наиболее тяжелый компонент /), а подобласть имеет две узловые точки (1 и 12), то дистиллат первой колонны, обеспечивающей максимально возможное разделение, не может быть далее разделен в колонне обратимой ректификации (точка дистиллата лежит в той же области обратимой ректификации на границе максимально возможного разделения). В этом случае система колонн не позволяет полу- [c.83]

Характер укладки пучка с-линий внутри области ректификации (5-образность и т.д.), в отличие от обратимой ректификации, не оказывает влияния на процесс ректификации при бесконечной эффективности разделения. Зависимость составов продуктов разделения от параметра D определяется только расположением особых точек, границ областей ректификации и точки питания в концентрационном симплексе. [c.100]

Процесс ректификации при бесконечной разделительной способности, как и процесс обратимой ректификации, полностью определяется структурой концентрационного симплекса. При анализе возможных составов продуктов разделения это позволяет так же, как и для процесса обратимой ректификации, обойтись без прямого потарелочного расчета, т. е. без использования уравнений (III.1). Однако если при анализе процесса обратимой ректификации определяющую роль играют а-многообразия (границы областей обратимой ректификации) и направление ноды жидкость — пар в точке питания, то в случае анализа процесса ректификации при бесконечной разделительной способности такую роль играют положения особых точек в концентрационном симплексе, связи между этими точками согласно структурной матрице и положения границ областей ректификации. Если анализ возможных составов продуктов обратимой ректификации требует обязательного использования модели фазового равновесия, то аналогичный анализ для процесса при бесконечной разделительной способности в ряде случаев возможен с применением только структурной матрицы и данных по составам сырья и азеотропов. В разделе 9 дан общий подход к анализу многообразия возможных составов продуктов разделения азеотропных смесей в одной колонне. Из работ, по- [c.111]

Возможность того или иного варианта должна быть предварительно определена из анализа режима с бесконечной разделительной способностью. В связи с тем, что границы областей ректификации при бесконечной флегме и областей обратимой ректификации не совпадают, при ректификации азеотропных смесей возможна необычная ситуация при бесконечной флегме разделение невозможно, а при конечной — возможно. В этом [c.144]

Отметим, что в случае, показанном на рис. П-19,в, полное исчерпывание компонента, как при адиабатической, так и при обратимой ректификации, происходит с пересечением границы области ректификации, а в случае, показанном на рис. П-19,г— без такого пересечения. [c.167]

Рис. У-6. Расчетные траектории ректификации смеси метиловый спирт-изо-пропиловый спирт —вода в режиме, близком к режиму минимальной флегмы в случае исчерпывания компонента при гр и в случае пересечения границы области обратимой ректификации

Рассмотрим оставшиеся два качественно различных типа образования новой зоны постоянных концентраций при граничном режиме первого класса фракционирования. Эти типы принципиально новые, поскольку они не встречаются для идеальных смесей. Их особенность заключается в том, что новая зона постоянных концентраций возникает без исчерпывания компонента. В обоих случаях процесс ректификации наталкивается на термодинамические ограничения. В одном случае на ограничение наталкивается процесс обратимой ректификации, а процесс адиабатической ректификации возможен (третий тип образования новой зоны постоянных концентраций). В другом случае, наоборот, на ограничение наталкивается процесс адиабатической ректификации, а процесс обратимой ректификации возможен (четвертый тип образования новой зоны постоянных концентраций). Оба эти случая хорошо иллюстрирует график, приведенный на рпс. 11-19,г (см. разд. 14 гл. и). Если точка питания лежит в области обратимой ректификации укрепляющей секции, где наиболее тяжелым является компонент 2, то на ограничение (а12-линию) наталкивается процесс обратимой ректификации (третий тип). Если точка питания лежит в области обратимой ректификации укрепляющей секции, где наиболее тяжелым является компонент 1, и расположена выше линии VI, то на ограничение наталкивается процесс адиабатической ректификации (четвертый тип), поскольку, как указывалось выше, для этой области в точках исчерпывания компонента I при обратимой ректификации потоки пара и жидкости больше, чем в точке питания. [c.170]

Рис. У-9. Диаграмма образования новой зоны постоянных концентраций на границе области обратимой ректификации

Необходимо еще доказать, что в рассматриваемом случае на границе области обратимой ректификации существует точка или для которой выполняются условия равенства [c.172]

Рассматривалась траектория ректификации односекционной укрепляющей колонны. Был исследован вариант разделения с выделением из тройной смеси наиболее легкого компонента — метанола и с пересечением траекторией ректификации границы области обратимой ректификации укрепляющей секции (агз-линии). [c.173]

Рассмотрим процесс обратимой ректификации в данном случае. При полном исчерпывании компонента потоки пара и жидкости в сечении исчерпывания максимальны и превосходят потоки в сечении питания (см. разд. 14 гл. П). На рис. П-19,в этим условиям соответствует область выше линии VI (для этой линии потоки в сечении питания и в сечении исчерпывания компонента 1 одинаковы). Линия VI отделяет область, для которой возможно полное исчерпывание компонента 1 в укрепляющей секции при адиабатической ректификации, от области, для которой такое исчерпывание невозможно. [c.175]

Если при таком перемещении фигуративная точка продукта наталкивается на термодинамическое ограничение подобно тому, как это было рассмотрено выше (граница области обратимой ректификации, аномальная зависимость коэффициента фазового равновесия соответствующего компонента от высоты колонны), то продуктовая точка должна занимать предельное положение, после достижения которого она с увеличением флегмового (парового) числа начинает перемещаться в новом направлении, поскольку возникает следующая зона постоянных концентраций, принадлежащая тому же элементу симплекса. [c.178]

Для азеотропных смесей (а также для сильно неидеальных зеотропных смесей с несколькими областями идеальности) возможный вариант разделения устанавливается предварительно путем анализа обратимой ректификации в системе колонн. При расчете режима минимальной флегмы заданы — состав питания -и i W — номера дистиллятных и кубовых компонентов и Zw примеси. Определяются О, Я, хш и [c.181]

В случае пересечения границы области обратимой ректификации при не- [c.182]

Рис. У-15. Диаграмма поиска точки новой зоны постоянных концентраций в случае пересечения границы области обратимой ректификации

С — точка пересечения прямой, проходящей через ноду жидкость — пар питания, с границей области обратимой ректификации — то же, со стороной треугольника В — точ-новой зоны постоянных концентраций А — точка верхнего продукта при граничном режиме первого класса фракционирования В, и Л1 — положения точек В и Л в процессе [c.182]

Разработанный алгоритм был использован для расчета минимального флегмового числа при различных составах питания и различных вариантах разделения смеси метанол — изопропанол — вода. Расчет проводился для тех же условий, для которых были сделаны потарелочные расчеты, описанные в разделе 4 данной главы (см. рис. -6, и У-13). Получено хорошее соответствие между результатами применения разработанного алгоритма расчета минимального флегмового числа и результатами потарелочных расчетов. Например, в случае пересечения границы области обратимой ректификации (см. рис. У-6, питание Р), согласно разработанному алгоритму т1п=4,87, а согласно потарелочным расчетам 1/ тш=4,85755. [c.184]

Вторичные элементы, наоборот, непосредственно связаны с процессом ректификации и представляют собой части концентрационного пространства, ограничивающие процесс ректификации при различных режимах. Вторичные структурные элементы определяются после определения первичных элементов. Ниже вводится ряд вторичных структурных элементов области, подобласти, зоны ректификации и продуктовые симплексы (для режима бесконечной разделительной способности) [17, 18, 20], а также области, подобласти обратимой ректификации и области идеальности (для режима термодинамически обратимой ректификации) [19]. Первичные структурные элементы, их формализация применительно к ЭВМ и методы их определения для конкретных смесей, а также важнейшие вторичные структурные элементы (области и подобласти ректификации, области обратимой ректификации и области идеальности) и их выделение с помощью ЭВМ ляссматриваются в настоящей главе. Остальные вторичные структурные элементы рассматрниаюкм п главе II—V, в непосредственной связи с качественным анализом соответствующих режимов ректификации. [c.16]

Необходимое условие осуществимости процесса обратимой ректификации с исчерпыванием крайних по летучести компонентов можно сформулировать следующим образом точка верхнего (нижнего) продукта колонны обратимой ректификации должна, во-первых, лежать на одной прямой с нодой жидкой фазы питания и, во-вторых, принадлежать одной области обратимой ректификации верхней (нижней) секции с точкой питания. [c.67]

Рассмотрим разделение многокомпонентной смеси в верхней секции колонны в области обратимой ректификации, когда самым тяжелым является п-й компонент, В зоне нсчерпывания концентрация л-го компонента бесконечно мала, однако здесь, так же как и в точках траектории, расположенных внутри концентрационного симплекса, должно выполняться соотношение, вытекающее из условий материального баланса и фазового равновесия [c.68]

Из уравнения (П.143) следует, что зона исчерпывания компонента не совпадает с верхним концом колонны обратимой ректификации. Иными словами, траектория обратимой ректификации подходит к продуктовой точке, расположенной на границе концентрационного симплекса не изнутри этого симплекса, а по его границе. В точке выхода на границу симплекса должны удовлетворяться условия (П.143). Если на границе отсутствует точка, удовлетворяющая условиям (11,143), то полное исчерпывание компонента п в процессе ибрагимой ректификации невозможно, несмотря на то, что точки питания и верхнего продукта принадлежат одной области обратимой ректификации. Из приведенного ранее анализа необходимых и достаточных условий осуществимости процесса обратимой ректификации следует, что в этом случае отсутствует траектория, соединяющая точки питания и верхнего продукта и удовлетворяющая правилу касательных. [c.69]

Для областей и подобластей обратимой ректификации, заполненных фиктивными пучками траекторий, отсутствуют точки исчерпывания соответствующего компонента. Однако фиктивные пучки траекторий могут возникать и при наличии точек исчерпывания компонента, если отсутствует концевой участок траектории, идущий по сторонс концентрационного треугольника причина этого состоит в том, что на этом участке имеется [c.73]

При исследовании процесса обратимой ректификации наиболее важен вопрос об ограничениях процесса и переходимости границ областей ректификации при бесконечной флегме. Из сопоставления пучков траекторий, показанных на рисунках II-19,6 и II-19,в, видно, что граница между областями ректификации (сепаратриса седлового азеотропа) переходима траекториями обратимой ректификации на значительном участке своей протяженности (кроме участка, непосредственно примыкающего к седловому азеотропу). Полное исчерпывание компонента 1 возможно для любых составов питания, попадающих в открытую подобласть обратимой ректификации, расположенную ниже граничной траектории, касательной к стороне 1—2. Это означает, что в реальном процессе неадиабатической ректификации с конечным числом ступеней разделения можно получить любую сколь угодно малую концентрацию компонента 1 в верхнем продукте. В то же время в режиме бесконечной флегмы ни при каком составе питания и ни при каком числе ступеней разделения нельзя добиться полного исчерпывания компонента 1 в верхнем продукте. [c.77]

При обратимой ректификации азеотропной смеси профиль температуры по высоте может иметь экстремумы. Это означает, что на некоторых участках колонны температура возрастает снизу вверх. Такое изменс тпе " шературы следует из того, что в одной из областей обратимой ректификации в отпарной сек- [c.78]

На рис. У-6 для состава питания Р показаны траектории ректификации при флегмовых числах, приближающихся к минимальному, как сверху, так и снизу. Найденное подбором минимальное флегмовое число т п = 4,85755. Флегмовое число 4,85754 меньше минимального, так как при нем направление траектории резко изменяется в сторону от продуктовой точки. Интересно, что в рассматриваемом случае в режиме минимальной флегмы мы как бы имеем растянутую зону постоянных концентраций от точки питания до границы области обратимой ректификации, т. е. на всем этом участке колонны процесс ректификации приближается к термодинамически обратимому. При увеличении флегмового числа для условий т. е. во втором [c.173]

Рассмотренные выше общие закономерности процесса ректификации в бесконечных адиабатических колоннах при конечной флргме позволяют качественно прогнозировать области возможных составов продуктов разделения а ситропных смесей. Однако для этого необходимо произвести такой же анализ процесса обратимой ректификации, который был выполнен в работе [45] для одного из типов фазовой диаграммы (см. раздел 14 главы И). При этом анализе необходимо учесть расположение границ областей ректификации и областей обратимой ректификации, а также характер изменения коэффициентов фа- [c.178]

Рассмотрим простейщий пример (смесь, пучки траекторий обратимой ректификации для которой изображены на рис. П-19). Пусть точка питания Р расположена ниже линии VI и правее линии огз. Соответствующая область возможных со- [c.179]

Рис. V-14. Диаграмма области возможных составов продуктов разделения для азеотропной смеси при первом и втором классах фракционирования d,, di — точки верхнего продукта при граничных режимах первого и второго классов фракционирозапия соответственно W,, — точки нижнего продукта прп тех же режимах НЗ , нз —новые зоны постоянных концентрация при граничном режиме первого класса фракционирования / — граница области ректификации //— аи-линия II — агз-линпя /1 —линия равенства потоков в точках питания н исчерпывания компонента при обратимой ректификации соответственно V — траектория обратимой ректификации в укрепляющей секции VI — траектория обратимой ректификации в отпарной секции У//— линия материального баланса при первом классе фракционирования VIII, IX — линии материального баланса в граничных режимах второго класса фракционирования.

После того, как выбран вариант раодслглгмя путем яналняя областей возможных составов продуктов разделения в режимах бесконечной разделительной способностп и обратимой ректификации. и после того, как определены минимальное флегмовое число и минимальное число ступеней разделения, расчет и оптимизация процесса ректификации в конечной колонне при конечной флегме для выбранных таким образом параметров О, N Е Я осуществляются итерационными потарелочными методами, как это описано в главе УП. [c.186]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология