Обратимая ректификация идеальных

ОБРАТИМАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ ИДЕАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ [c.57]

Траектория обратимой ректификации идеальных смесей имеет некоторые геометрические особенности. Из уравнений [c.59]

ПОЛУЧЕНИЕ ЧИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ОБРАТИМОЙ РЕКТИФИКАЦИИ ИДЕАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ [c.60]

Величина термодинамически минимальной работы разделения может быть получена иа анализа идеального процесса полностью обратимой ректификации [8,9]. Такая схема характеризуется бесконечным числом тарелок , высоким КПД контактных устройств и дифференцированным подводом тепла и холода по высоте колонн. [c.33]

Очевидно, что в реальных условиях термодинамически оптимальная СР должна быть максимально приближена к идеальной схеме полностью обратимой ректификации. Для этого требуется, в экономически допустимых пределах, увеличение числа контактных устройств, повышение их КПД путем оптимизации гидродинамического режима и разработки новых конструкций с высоким КПД и дифференцированный подвод тепла и холода в колонны. [c.34]

Обратимая ректификация бинарных идеальных смесей была впервые рассмотрена в работе [33] и исследована в трудах [34] и [35]. Обратимая ректификация многокомпонентных идеальных смесей рассматривалась в статьях [36 37]. В работах [38—40] представлено математическое описание этого процесса. [c.41]

При режиме предельно возможного разделения идеальных смесей в каждой секции колонны обратимой ректификации исчерпывается один компонент. [c.60]

Рис. 11.14. Схема полного разделения четырехкомпонентной идеальной смеси в процессе обратимой ректификации К-1—К-6— колонны.

Согласно приведенному выводу полученное выражение определяет изменение энтропии источников и приемников тепла при термодинамически обратимой ректификации, описываемой уравнениями (11.106) — (11.115). С другой стороны изменение энтропии идеальных потоков определяется этим же выражением (11.133) с противоположным знаком. Таким образом, суммарное изменение энтропии в обратимо работающей ректификационной колонне, в источниках и в приемниках тепла равно нулю. [c.64]

Наряду с анализом процесса обратимой ректификации в отдельной колонне интерес представляет анализ процесса в системе колонн или в сложной многопродуктовой колонне, подобный тому, который был ранее проведен для идеальных смесей (см. разд. 9). [c.83]

При граничном режиме в секции одновременно существуют две зоны постоянных концентраций — старая и новая. Несмотря на то, что при граничном режиме продуктовые точки в адиабатическом и в обратимом процессах совпадают, точки исчерпывания компонента различны. Это объясняется различными условиями исчерпывания компонента в этих двух режимах. При обратимом процессе концентрации всех компонентов в зоне исчерпывания остаются постоянными, а при адиабатическом процессе концентрация крайнего по летучести компонента убывает. При этом для обратимого процесса при ректификации идеальных смесей потоки пара и жидкости в зоне исчерпывания меньше, чем в зоне питания (см. гл. П), а для адиабатического процесса они одинаковы (если пренебречь тепловым взаимодействием фаз). Условия исчерпывания компонента при обратимой ректификации рассматривались ранее (см. разд. 13 и 14, гл. И). [c.154]

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]

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]

Бенедикт получил для любых (идеальных и неидеальных) бинарных смесей точные уравнения, определяющие количество тепла (холода), которое нужно подводить при обратимой ректификации в зависимости от текущих концентраций компонентов. [c.160]

Полученное математическое описание может быть использовано для непосредственного вывода величины работы разделения при обратимой ректификации. Для идеальных смесей зависимость между температурой Т и величиной кь можно вывести из уравнения Клапейрона—Клаузиуса и соотношения [c.192]

Рис. 13-4. Распределение тепла, подводимого и отводимого лри проведении обратимой идеальной ректификации воздуха, с получением 98% Ог и 99 /о Nг.

Рассмотрим Бкачалс одпосекционную (например, укрепляющую) колонну обратимой ректификации идеальной смеси, продукт которой содержит все компоненты разделяемой смеси, и сопоставим ее с бесконечной адиабатической односекционной колонной, у которой соотношения потоков пара и жидкости ( /У) в районе питания не отличаются от этих соотношений, для колонны обратимой ректификации. Очевидно, в этом слу- [c.152]

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]

Математическое описание обратимой ректификации при предельно возможном разделении для идеальных смесей при условии а = сопз1 можно привести к следующему более простому виду [c.57]

Выражения (П.59) и (П.60) рассчитывались для всех точек концентрационного треугольника при определенном щаге по ис> м Xi и Х2- Для принятой упр0Щех1п0 1 модели фазового равновесия (Pi Р, — onst) расчет коэффициентов фазового равновесия, входящих в выражения (11.59) и (11.60), не требует итераций. По результатам расчетов строились пучки траекторий для укрепляющей и отпарной секций (рис. П-19). При этом надо иметь в виду, что траектория обратимой рсктификапии полной ректификационной колонны с заданным составом питания составляется из двух траекторий, соответствующих отдельным секциям и проходящих через фигуративную точку питания. Для сопоставления на рис. П-19,а даны пучки траекторий обратимой ректификации для укрепляющей секции идеальной смеси (летучесть компонентов возрастает в таком порядке 1, 2, 3), а на рис. П-19,б — пучок с-линий для рассматриваемой азеотропной [c.70]

Таким образом, для односещионных колонн, продукты которых содержат все компоненты разделяемой смеси, фигуративные точки продуктов лежат на прямой, проходяш,ей через равновесную ноду жидкой фазы питания. Линейная зависимость концентраций компонентов в продуктах разделения от флегмового числа Н (или от парового числа 5) вытекает непосредственно из уравнений ( .1) — (У.2) при х 1в=Х1р (или х т = = Х1р). Таким образом, возможность осуществления процесса адиабатической ректификации идеальной смеси при наличии всех компонентов в продукте с сохранением одной зоны постоянных концентраций в секции б районе иитаппя при составе Х 1=Х1Р вытекает из сопоставления с процессом обратимой ректификации. Такой процесс адиабатической ректификации возможен, поскольку во всех сечениях колонны, кроме сечения питания, потоки пара и жидкости больше, чем в обратимом процессе с тем же составом продукта, т. е. движущая сила процесса ректификации (разность между равновесными и рабочими концентрациями) больше нуля. С другой стороны, инвариантность состава в зоне постоянных концентраций по отношению к флегмовому числу при рассматриваемых режимах (Х = Х1р) вытекает из принципа максимальной работы (энтропии) разделения при заданных энергозатратах. Если допустить, что Х1 фХ1Р, то возникнет термодинамическая необратимость при смешении потока питания с внутренними потоками колонны и работа разделения уменьшится. [c.153]

Рассмотрим процесс дальнейшего увеличения флегмового или парового числа в секции. Часть секции от точки исчерпывания до продуктовой точки в адиабатической колонне можно заменить обратимым процессом. Поток, поступающий в эту часть секции из зоны исчерпывания (зона постоянных концентраций), можно рассматривать как поток питания. Тогда для этой части секции сохраняют свою силу все приведенные выше рассуждения о соответствии между адиабатическими и обратимыми режимами ректификации для всей секции при наличии всех компонентов в продукте. Подобный анализ можно продолжить, рассматривая дальнейшее увеличение флегмового или парового числа и дальнейшее исчерпывание компонентов. Что касается части секции от точки питания до точки исчерпывания компонента, то здесь процесс является необратимым в принципе, поскольку, как отмечалось выше, не могут выполняться условия равновесия в питании. Инвариантность состава в новой зоне постоянных концентраций по отношению к флегмовому (паровому) числу сохраняет свою силу и при рассматриваемых режимах, если условия материального баланса или термодинамические о1раничения не препятствуют этому (это относится, в частности, к ректификации идеальной смеси в односекционной колонне). Как и для случая, когда в продукте имеются все компоненты, эта инвариантность вытекает из принципа максимальной работы разделения при заданных энергозатратах. [c.155]

Рассмотрим кратко общие качественные закономерности ректификации идеальных смесей при конечной флегме в бесконечных колоннах [76]. Для анализа влияния флегмового (парового) числа на составы продуктов разделения зафиксируем величину отбора (D = onst). Из уравнений (V.1) и (V.2) следует, что с увеличением R при достаточно малых R(S) (первый класс фракционирования, x iB = x iH=Xip) фигуративные точки продуктов с постоянной скоростью удаляются от точки питания по прямой, проходящей через ноду жидкой фазы питания. При этих условиях сохраняется термодинамическая обратимость при смешении потоков в точке питания и сохраняют свою силу уравнения материального баланса и фазового равновесия в районе питания, выведенные для процесса обратимой ректификации. [c.158]

Наряду с моделью термодинамически обратимой ректификации в последние годы в литературе широко обсуждается другая идеальная модель —так называемый идеальный каскад. Теория идеальных каскадов была разработана Паел-сом, Дираком и Коэном в связи с появлением необходимости разделения изотопов. Она применима для широкого класса процессов разделения изотопов, в том числе и для ректифи-кации О Недавно были сделаны попытки распространить эту теорию на разделение многокомпонентных смесей изо-топов . [c.198]

Сравнение обратимой и адиабатной ректификации. Замечательным примером положений, изложенных в предыдущем разделе, является сама ректификационная колонна. Ниже (гл. XIII) будет показано, что адиабатная колонна (это относится собственно к колонне, кипятильник и конденсатор исключаются) обратимо работать не может, как бы идеально она ни действовала, потому что обратимость предполагает существование фазового равновесия на всех уровнях колонны, а это требует изменяющегося потока жидкости и пара в колонне вместо почти постоянного мольного потока, характерного для адиабатной колонны. Другими словами, обратимая ректификация требует определенного распределения потока, который, в свою очередь, требует, чтобы тепло подводилось извне на всех уровнях идеальной колонны ниже впуска питания и отнималось бы на всех уровнях выше него. Для дальнейших деталей этого вопроса можно обратиться к статье Доджа и Хосума и к серии статей Ван Нуиса [249]. Следующий пример поможет иллюстрировать это утверждение. [c.542]

Для выбора оптимальной тарелки питания существенное значение имеет следующая качественная закономерность если линии дистилляции имеют 5-образный характер, то ректификацией в колонне с обратимым смешением потоков в питании из смеси можно выделить чистый компонент, причем такой режим является оптимальным [182]. Этот вопрос был исследован специально. Следует заметить, что для идеальных смесей режим с обратимым смешением потоков в питании соответствует первому классу фракционирования и в предельном случае возможен при исчерпывании крайних по летучести компонентов в соответствующих продуктах (см. гл. V). Для идеальных многокомпонентных смесей невозможность выделения чистого компонента в бесконечной колонне с обратимым смешением потоков в питании вытекает из того факта, что внутри концентрационного симплекса отсутствуют точки, в которых коэффициенты фазового равиовесня всех компонентов, кроме выделяемого, равны между собой [44]. Действительно, если допустить, что состав в зоне постоянных концентраций в районе питания равен составу сырья, то при выделении в дистиллят первого компонента из уравнения материального баланса укрепляющей секцией следует [c.289]

Для глубокого охлаждения пирогаза в схемах его разделения методом низкотемпературной ректификации может быть применен разработанный автором и исследованный в лаборатории сжижения и разделения газов ИГ АН УССР однопоточный каскадный цикл [121, 122]. Обладая термодинамическими преимуществами обычного (многопоточного) каскадного цикла, он конструктивно оформляется как простой дроссельный регенеративный цикл. В качестве холодильного агента цикла служит многокомпонентная смесь предельных углеводородов (могут быть применены также и другие холодильные агенты, образующие идеальные растворы, например фреоны). Комбинированием состава углеводородов и давлений можно получить холод на любом температурном уровне в интервале до —160° С, а нри работе под вакуумом и ниже. Состав смеси и ее давление подбирают так, чтобы удовлетворять условиям теплообмена с минимальными разностями температур. Технологическое и конструктивное оформление одноноточного каскадного цикла таковы, что в нем производится дросселирование только жидкой фазы, что предопределяет высокое значение коэффициента термодинамической обратимости процесса. [c.223]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология