plik


WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Rektyfikacja roztworw dwuskBadnikowych Zasada dziaBania kolumny rektyfikacyjnej Na ogB destylacja prosta powoduje niewielkie rozfrakcjonowanie skBadnikw surowca w powstajcych produktach. Czysto[ destylatu mo|na zwikszy poprzez jego ponown destylacj, a otrzymany destylat znw przedestylowa. Proces ten mo|na wykonywa wielokrotnie, co przedstawiono na poni|szym schemacie, a przebieg procesu destylacji wielokrotnej wygodnie jest zilustrowa na wykresie fazowym we wspBrzdnych: temperatura  skBad cieczy i pary. D4 D3 V4 D2 V3 D 1 V2 V1 W4 W3 S W2 W1 t t V1 W1 V2 W2 D1 S V3 W3 D2 V4 W4 D3 D4 x, y 0 1 Surowiec doprowadza si do pierwszego aparatu i po ogrzaniu do temperatury zawartej pomidzy pocztkow i koDcow temperatur wrzenia rozdziela si na ciecz wyczerpan W1 i opary V1. Opary poddaje si skropleniu otrzymujc destylat D1, ktry jest jednocze[nie surowcem w kolejnym aparacie. Destylat D1 po ogrzaniu rozdziela si na kolejne porcje cieczy wyczerpanej i oparw. W nastpnych aparatach otrzymuje si destylat o coraz wikszej zawarto[ci skBadnika lotniejszego. Takie postpowanie pozwala otrzyma produkt (D4) dowolnie wzbogacony w skBadnik lotniejszy, lecz podstawow wad tej metody jest jej du|a pracochBonno[, du|e zu|ycie ciepBa, maBa ilo[ destylatu koDcowego i du|a ilo[ odpadw w postaci cieczy wyczerpanych zbieranych w ka|dym etapie. 132 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Na wykresie fazowym wida, |e skBady cieczy wyczerpanych opuszczajcych dany aparat s zbli|one do skBadu surowca wpBywajcego do poprzedniego aparatu (W1 - S, W2 - D1, W3 - D2, W4 - D3). Pozwala to ulepszy powy|sz metod wykonujc proces przeciwprdowy. Instalacj sBu|c do wykonywania procesu destylacji przeciwprdowej przedstawiono poni|ej. D S W Surowiec wpBywajcy do drugiego z kolei aparatu destylacyjnego rozdzielany jest na destylat i ciecz wyczerpan. Destylat podawany jest do aparatu nastpnego, a ciecz wyczerpana do aparatu poprzedniego. Wad metody jest konieczno[ doprowadzania ciepBa do ka|dego aparatu i odprowadzania go w chBodnicach umieszczonych nad ka|dym z nich. Je[li jeszcze raz przyjrze si wykresowi fazowemu, to wida, |e temperatura procesu w ka|dym nastpnym aparacie jest ni|sza ni| w aparacie poprzednim. Std wniosek, |e opary z aparatu poprzedniego mo|na wykorzysta do ogrzewania aparatu nastpnego bez konieczno[ci stosowania skraplacza. Jest to ogrzewanie bezprzeponowe za pomoc oparw, ktre ulegaj kondensacji. Schemat takiej zmodyfikowanej instalacji przedstawiono na kolejnym rysunku. D S W Jak wida, z zewntrz ogrzewany jest tylko pierwszy aparat, a chBodnica jest umieszczona nad ostatnim aparatem. Ten ostatni aparat, podobnie jak wszystkie pozostaBe, musi by tak|e zasilany ciecz. Jedyn mo|liwo[ci jest zasilanie tego aparatu cz[ci  wBasnego destylatu. Oznacza to, |e tylko cz[ oparw powstajcych w ostatnim aparacie mo|e by odebrana jako destylat. Je[li by usytuowa opisane powy|ej aparaty jeden nad drugim, zmieni ich konstrukcj tak, aby ka|dy z nich zachowaB mo|liwo[ doprowadzania cieczy i oparw oraz odprowadzania tych strumieni i zabudowa je w jednym pBaszczu, to otrzyma si aparat kolumnowy w dolnej cz[ci ogrzewany z zewntrz, w cz[ci [rodkowej zasilany surowcem, a w cz[ci grnej wyposa|ony w skraplacz oparw. Aparaty takie to kolumny rektyfikacyjne, a ich zabudow wewntrzn stanowi tzw. pBki. PBki mog mie rozmait budow od pBek dzwonkowych do sitowych, a tak|e mog by zastpione wypeBnieniem usypanym lub regularnie ukBadanym z mniejszych elementw (np. pier[cieni). Najbardziej charakterystyczn cech procesu rektyfikacji jest konieczno[ zawracania cz[ci oparw odbieranych ze szczytu aparatu do wntrza kolumny jako tzw. orosienie (powrt). Je[li zastosuje si skraplacz niezupeBny, to 133 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski powstajce w nim skropliny caBkowicie s zawracane do kolumny rektyfikacyjnej, a destylat odbierany jest w postaci par, ktre skrapla si w innym wymienniku ciepBa. Przez zmian strumienia wody chBodzcej w skraplaczu niezupeBnym zmienia si ilo[ orosienia zawracanego do kolumny. Kolumny rektyfikacyjne mog pracowa w sposb cigBy lub okresowo. W kolumnie rektyfikacyjnej o dziaBaniu cigBym surowiec wprowadza si na pewnej wysoko[ci kolumny, natomiast w kolumnie  okresowej destylowany roztwr znajduje si w kotle. Schematy niektrych rozwizaD kolumn rektyfikacyjnych przedstawiono poni|ej. Na rysunku a przedstawiono kolumn rektyfikacyjn pracujc w sposb cigBy i wyposa|on w skraplacz zupeBny. Na rysunku b zamieszczono schemat kolumny rektyfikacyjnej pracujcej w sposb okresowy, a na rysunku c kolumn rektyfikacyjn o dziaBaniu cigBym, ktra pracuje pod obni|onym ci[nieniem i wykorzystuje ciepBo niesione przez opary oraz ciecz wyczerpan do wstpnego podgrzewania surowca. W celu zaprojektowania kolumny rektyfikacyjnej do danego procesu rozdziaBu najpierw trzeba umie ilo[ciowo opisa prac tego aparatu, co w najprostszej postaci przedstawiono poni|ej 134 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Analiza pracy oraz bilans masowy i cieplny kolumny rektyfikacyjnej Analiz pracy kolumny rektyfikacyjnej najBatwiej przeprowadzi dla aparatu wyposa|onego w pBki, zaopatrzonego w skraplacz zupeBny i wypark. Schemat dziaBania takiego aparatu przedstawiono na rysunku. D y1 xD xD V L 1 y2 V L x1 2 y3 V L x2 3 x3 y n-1 n-1 x y n-1 n V L n x y n n-2 V L n-2 x n-2 S xF V L V L V L xW W Do aparatu wpBywa strumieD surowca, ktry w najoglniejszym przypadku mo|e by zBo|ony z dwch faz, tj. nasyconej pary i wrzcej cieczy, ktre s ze sob w rwnowadze. StrumieD par doBcza si do strumienia oparw przepBywajcych przez kolumn, a strumieD cieczy doBcza do skroplin spBywajcych w dB do wyparki. Bilans masowy caBej kolumny przedstawia rwnanie: S = D + W , gdzie: S, D, W - strumienie surowca, destylatu oraz cieczy wyczerpanej [kmol/s]. Bilans masowy jednego ze skBadnikw, np. bardziej lotnego wyra|a rwnanie: S xF = D xD + W xW . Z kolei bilans cieplny kolumny rektyfikacyjnej mo|na zapisa rwnaniem: & & S iF + Qwyp = D iD + W iW + Qskr gdzie: iF , iD , iW - entalpie molowe surowca, destylatu i cieczy wyczerpanej [J/kmol], & & Qwyp , Qskr - strumieD ciepBa dostarczany do kotBa (wyparki) oraz odbierany w skraplaczu (deflegmatorze) [W]. W rwnaniu bilansu nie uwzgldniono strat, ktre powinny by dodane po prawej stronie rwnania, je[li proces wykonywany jest w temperaturach wikszych od temperatury otoczenia lub po lewej stronie, je[li proces dotyczy na przykBad rektyfikacji powietrza. Napiszmy bilanse dowolnie wybranej pBki umieszczonej w grnej cz[ci kolumny np. o numerze  n . Strumieniom opuszczajcym pBk nadamy indeksy odpowiadajce pBce ( Vn , Ln ). Molowy strumieD oparw dopBywajcych od doBu na pBk  n oznaczy si przez Vn+1, 135 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski oraz analogicznie strumieD cieczy dopBywajcej z gry Ln-1. Zatem bilans molowych strumieni tej pBki przedstawi rwnanie: Vn+1 + Ln-1 = Vn + Ln Rwnanie bilansu cieplnego pBki  n przybierze posta: Vn+1 i,, + Ln-1 i, = Vn i,, + Ln i, n+1 n-1 n n gdzie: i,, , i, - molowe entalpie pary i cieczy [J/kmol]. Z dwch ostatnich rwnaD wyeliminujmy Vn+1. Vn+1 = -Ln-1 + Vn + Ln Vn1 i,, + Ln i,, - Ln-1 i,, + Ln-1 i, = Vn i,, + Ln i, n+1 n+1 n+1 n-1 n n ostatecznie otrzymuje si nastpujc zale|no[: Vn(i,, - i,,)+ Ln(i,, - i, )= Ln -1(i,, - i, ) n+1 n n +1 n n +1 n-1 Dla procesu destylacji skBadnikw o podobnej budowie chemicznej i na ogB zbli|onych warto[ciach molowego ciepBa parowania cieczy, w bardzo wielu praktycznych przypadkach zastosowaD mo|na przyj, |e entalpia nie zale|y od skBadu strumienia, a wic: i,, @ i,, , n +1 n i, @ i, . n n -1 Uwzgldniajc powy|sze przybli|enia otrzymuje si bardzo istotn zale|no[: Ln = Ln-1 . Przeprowadzajc podobne rozumowanie Batwo mo|na wykaza, |e: Vn+1 = Vn . Na podstawie dwch ostatnich rwno[ci stwierdza si, |e w kolumnie rektyfikacyjnej wystpuje tzw. rwnomolowy przepByw cieczy i pary, co oznacza, |e wzdBu| drogi przepBywu molowe strumienie obu faz s niezmienne, jak pokazano to na powy|szym rysunku. Jednak|e nale|y pamita, |e doBczenie strumienia surowca mo|e zmienia strumieD oparw w grnej cz[ci kolumny lub strumieD cieczy w jej cz[ci dolnej. Z tego powodu na rysunku oznaczono strumienie w grnej cz[ci literami V oraz L , a w dolnej cz[ci kolumny literami V oraz L . Do[wiadczenie wykazuje, |e zasada rwnomolowo[ci przepByww jest speBniona w bardzo wielu zastosowaniach praktycznych. Kolumn rektyfikacyjn mo|na zatem podzieli na dwie cz[ci: grn cz[ kolumny, ktra le|y powy|ej punktu dostarczania surowca oraz doln cz[ kolumny, ktra le|y poni|ej tego punktu. Je[li z grnej cz[ci kolumny wyci pewn cz[ od szczytu do dowolnie wybrajej przestrzeni midzypBkowej, to do tego fragmentu kolumny dopBywa strumieD oparw V o pewnym st|eniu skBadnika lotniejszego y , natomiast wypBywa strumieD destylatu D o st|eniu xD i strumieD skroplin L o zawarto[ci skBadnika lotniejszego x . xD D y x V L 136 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Bilans masowy grnej cz[ci kolumny mo|na przedstawi rwnaniem: V = L + D , za[ bilans masowy dowolnego skBadnika, na przykBad lotniejszego: V y = L x + D xD . Eliminujc strumieD V z ostatniego rwnania otrzymuje si zale|no[: L D y = x + xD L + D L + D Je[li wprowadzi si pojcie stosunku orosienia R, czyli stosunku molowego strumienia cieczy zawracanej do kolumny L do molowego strumienia destylatu D, co mo|na przedstawi zale|no[ci: L R , D to otrzymuje si rwnanie linii operacyjnej grnej cz[ci kolumny w postaci: R xD y = x + . R +1 R +1 Jest to rwnanie linii prostej opisujce zale|no[ pomidzy molowym skBadem cieczy i molowym skBadem oparw w przekrojach pomidzy pBkami w grnej cz[ci kolumny rektyfikacyjnej. y = xD D a R tga= R+1 xD R+1 xD Zatem na wykresie xvy jest to prosta o nachyleniu R (R +1) i punkcie przecicia z osi rzdnych xD (R +1) . Rozwizujc ukBad rwnaD zBo|ony z wyra|enia opisujcego rwnanie linii operacyjnej grnej cz[ci kolumny i rwnanie przektnej wykresu, tj. prostej y = x mo|na wykaza, |e linia operacyjna przecina si z przektn w punkcie o odcitej x = xD i rzdnej y = yD = xD . Analogicznie mo|na wyprowadzi rwnanie linii operacyjnej dolnej cz[ci kolumny. V L x y xW W 137 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Masowy bilans oglny i bilans dowolnego skBadnika przedstawiaj rwnania: L = V + W , L x = V y + W xW . Po wyeliminowaniu molowego strumienia oparw w dolnej cz[ci kolumny V uzyskuje si zale|no[: L W y = x - xW . L - W L - W Je[li wprowadzi si pojcie stosunku orosienia w dolnej cz[ci kolumny rektyfikacyjnej R = L W , to otrzymuje si rwnanie linii operacyjnej dolnej cz[ci kolumny rektyfikacyjnej w postaci: R xW y = x - R -1 R -1 Rwnanie to podaje zale|no[ pomidzy molowym skBadem cieczy i pary w przestrzeni midzypBkowej w dolnej cz[ci kolumny rektyfikacyjnej. Na wykresie xvy jest to linia prosta o nachyleniu R (R -1)> 1, ktra przecina przektn w punkcie o odcitej x = xW . y R tga= a R-1 xW x xW R-1 Strumienie orosienia i oparw w grnej i dolnej cz[ci kolumny r|ni si midzy sob. Aby okre[li te r|nice nale|y zbilansowa pBk zasilan, tj. pBk na ktr doprowadzany jest surowiec. i  i V L iF S xF V L i  i Masowy bilans pBki zasilanej przedstawia rwnanie: S + L + V = V + L , natomiast bilans cieplny tej pBki mo|na zapisa w postaci: S iF + L i, + V i,, = V i,, + L i, , gdzie: iF - molowa entalpia surowca, i - molowa entalpia cieczy, i  - molowa entalpia oparw. W rwnaniu bilansu cieplnego uwzgldniono brak zmiany entalpii przy zmianie skBadu strumienia o czym pisano wcze[niej. 138 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Z rwnania bilansu masy otrzymuje si: L - L V - V +1 = , S S natomiast z rwnania bilansu cieplnego: V - V L - L iF = i,, - i, . S S Wzgldn r|nic molowych strumieni cieczy w obu cz[ciach kolumny oznacza si symbolem p : L - L p , S zatem: V - V = p +1. S Po uwzgldnieniu dwch ostatnich zale|no[ci otrzymuje si: iF = pi,, + i,, - p i, , skd: iF - i'' p = . i,, - i, Na podstawie ostatniej zale|no[ci mo|na stwierdzi, |e wzgldna r|nica molowych strumieni cieczy w obu cz[ciach kolumny rektyfikacyjnej zale|y od entalpii surowca iF . Surowiec mo|na wprowadza do kolumny w postaci: o cieczy zimnej (poni|ej temperatury wrzenia), o w postaci cieczy wrzcej, o mieszaniny cieczy i pary, o pary nasyconej o pary przegrzanej. Znajc entalpi surowcaiF , a std wzgldn r|nic molowych strumieni cieczy i par w obu cz[ciach kolumny, mo|na okre[li punkt przecicia linii operacyjnych grnej i dolnej cz[ci kolumny. Napiszmy rwnania bilansu fragmentw grnej i dolnej cz[ci kolumny w postaciach: V y = L x + D xD L x = V y + W xW Rwnanie bilansu skBadnika w caBej kolumnie ma posta: S xF = D xD + W xW Z rwnania dotyczcego grnej cz[ci kolumny wyeliminujemy iloczyn D xD , wwczas otrzymamy rwnania w postaci: V y = L x + S xF - W xW L x = V y + W xW Po dodaniu stronami i przeksztaBceniu: V - V L - L y = x + xF S S (p + 1)y = p x + xF 139 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski p xF y = x + p + 1 p + 1 Jest to rwnanie zwane lini pomocnicz surowca i jest to prosta o nachyleniu p (p +1) i, co mo|na Batwo stwierdzi, przecinajca przektn wykresu yvx w punkcie o odcitej xF . Nachylenie linii pomocniczej surowca zale|y zatem od r|nicy wzgldnych strumieni cieczy w obu cz[ciach kolumny. Rozwa|my dwa szczeglne przypadki. o W pierwszym zaB|my, |e surowiec dopBywa do kolumny w postaci cieczy o temperaturze wrzenia, wwczas: L = SL + L = S + L L - L SL p = = - = -1, S S zatem nachylenie linii pomocniczej surowca wynosi (linia pomocnicza surowca jest pionowa). o W drugim zaB|my, |e surowiec wpBywa do kolumny jako para nasycona i obliczmy wzgldn r|nic strumieni cieczy w obu cz[ciach kolumny: L = SL + L = 0 + L L - L 0 p = = - = 0, S S zatem nachylenie linii pomocniczej surowca wynosi 0 (linia pomocnicza jest pozioma). We wszystkich pozostaBych przypadkach nachylenie linii pomocniczej bdzie r|ne od okre[lonych powy|ej, a jego warto[ mo|na okre[li znajc obliczone wcze[niej. PrzykBadowo, dla surowca podawanego do kolumny w postaci mieszaniny cieczy i pary nachylenie bdzie odpowiadaBo warto[ciom zawartym pomidzy lini pionow a poziom. Przebieg linii pomocniczej surowca, tj. miejsca przecicia linii operacyjnych dolnej i grnej cz[ci kolumny, dla wszystkich piciu przypadkw przedstawia poni|szy rysunek oraz tabela: 1 p=0 yS = xF b 0 xF 1 0 Stan surowca Warto[ parametru p Ciecz zimna (poni|ej temperatury wrzenia) p < -1 Ciecz wrzca p = -1 Mieszanina cieczy i pary -1 < p < 0 Para nasycona p = 0 Para przegrzana p > 0 140 p=-1 - 1 < p 1 < - 0 < p 0 > p WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Sterowanie procesem rektyfikacji W procesie rektyfikacji cigBej stosunek orosienia jest parametrem, ktry najbardziej wpBywa na efekt caBego procesu. Ze zmniejszaniem ilo[ci cieczy zawracanej do kolumny jako orosienie, maleje zu|ycie ciepBa w przeliczeniu na 1 kmol otrzymanego produktu. Zmiana ilo[ci orosienia, to jednocze[nie zmiana stosunku orosienia R, a ten parametr wpBywa na nachylenie linii operacyjnej grnej (a tak|e dolnej) cz[ci kolumny. R xD y = x + R +1 R +1 = yD xD * yF xW xF xD W jednym granicznym przypadku punkt przecicia linii operacyjnych znajduje si na linii rwnowagi, natomiast w drugim na przektnej wykresu xvy. Minimaln warto[ stosunku orosienia Rmin mo|na obliczy z nachylenia tej linii operacyjnej grnej cz[ci kolumny, ktra przecina si z lini rwnowagi. Mo|na zatem napisa: Rmin xD - y* F = , Rmin +1 xD - xF skd po przeksztaBceniu: xD - y* F Rmin = . y* - xF F W szczeglnych przypadkach, tj przy innym ksztaBcie linii rwnowagi, minimalne nachylenie linii operacyjnej grnej cz[ci kolumny wyznacza si ze stycznej do linii rwnowagi wykre[lonej z punktu xD = yD . = yD xD xW xF xD Ponadto warto[ci Rmin zale| tak|e od stanu termodynamicznego surowca wpBywajcego do kolumny. 141 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski y y 1 2 xW xF xD x xW xF xD x y y 3 4 xW xF xD x xW xF xD x y 5 xW xF xD x Im zimniejszy jest surowiec, tym ni|sza jest warto[ Rmin. Punkt 1 na wykresie odpowiada surowcowi podawanemu w temperaturze ni|szej ni| temperatura wrzenia, punkt 2 - w stanie cieczy wrzcej, punkt 3 - w postaci mieszaniny cieczy i pary, punkt 4 - w stanie pary nasyconej, a punkt 5 - w postaci pary przegrzanej. 142 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Minimalna liczba pBek (stopni) teoretycznych Je|eli stosunek orosienia jest rwny nieskoDczono[ci (co oznacza, |e z kolumny nie odbiera si destylatu) wwczas nachylenie linii operacyjnej grnej cz[ci kolumny zd|a do jedno[ci, czyli pokrywa si ona z przektn wykresu xvy. R lim =1 R +1 R Takiemu poBo|eniu linii operacyjnych odpowiada minimalna liczba pBek teoretycznych, ktr wyznaczamy jako liczb  schodkw wykre[lonych pomidzy lini rwnowagi a lini operacyjn (w tym przypadku przektn wykresu xvy). y 1 2 3 4 xW xF xD x Minimaln liczb pBek teoretycznych mo|na tak|e obliczy analitycznie, je[li znana jest warto[ wspBczynnika wzgldnej lotno[ci a. W celu wyprowadzenia rwnania okre[lajcego zale|no[ minimalnej liczby pBek teoretycznych od st|eD skBadnikw na wylocie z aparatu przyjmijmy, |e pBka najni|sza oznaczona jest numerem 1 a najwy|sza n. St|enia strumieni opuszczajcych wybrane pBki przedstawiono na poni|szym schemacie. Je[li stosunek orosienia R = , to st|enie oparw opuszczajcych wybran pBk i st|enie cieczy spBywajcej na t pBk s sobie rwne, np. y1 = x2 , y2 = x3 itd. Obliczenia rozpoczyna si od pBki numer 1. D xD xD y n n x n y n-1 n-1 x n-1 y n-2 n-2 x n-2 S xF y2 2 y1 x2 x1 1 xW W 143 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Dla pBki oznaczonej numerem 1 mo|na napisa: yA1 kA1 xA1 y1 x1 x2 x1 = lub = a lub = a yB1 kB1 xB1 1- y1 1- x1 1- x2 1- x1 Podobnie dla pBki oznaczonej numerem 2 mo|na napisa: yA2 kA2 xA2 y2 x2 x3 x2 x1 = lub = a lub = a = a2 yB2 kB2 xB2 1- y2 1- x2 1- x3 1- x2 1- x1 I wreszcie dla pBki oznaczonej numerem n mo|na napisa: yAn kAn xAn yn xn xn+1 xn x1 = lub = a lub = a = an . yBn kBn xBn 1- yn 1- xn 1- xn +1 1- xn 1- x1 Po zlogarytmowaniu ostatniej zale|no[ci otrzymuje si wzr pozwalajcy obliczy liczb pBek teoretycznych (w kolumnie pracujcej przy R = ): xn+1 1- x1 xAn xB1 log log +1 xBn+1 xA1 1- xn+1 x1 nmin = lub nmin = log a log a We wzorze tym wystpuj st|enia trudne do zmierzenia lub obliczenia, zatem dogodniej jest zastpi je st|eniami w strumieniach opuszczajcych kolumn rektyfikacyjn (xD, xW). Na szczycie kolumny znajduje si skraplacz zupeBny, zatem st|enie cieczy spBywajcej na pBk n- t jest st|eniem destylatu (xn+1 = xD). Z kolei na dole kolumny znajduje si wyparka, ktra pracuje jak dodatkowa pBka, je[li zatem st|enie x1 zostanie zastpione st|eniem cieczy wyczerpanej xW, to we wzorze nale|y doda jedn pBk i ostatecznie otrzymuje si zale|no[ znan jako wzr Fensky ego: xD 1- xW xAD xBW log log xBD xAW 1- xD xW nmin +1 = = . log a log a Powy|ej zostaBy omwione dwa skrajne punkty pracy kolumny rektyfikacyjnej. Jeden to praca przy R = Rmin, natomiast drugi dotyczy R = . Je[li do kolumny zawracana jest minimalna ilo[ destylatu, to aby z danego surowca otrzyma destylat o zaBo|onym skBadzie nale|y zastosowa kolumn o nieskoDczenie wielkiej liczbie pBek teoretycznych (n = ). Z kolei dla przypadku R = (brak destylatu) liczba plek jest minimalna. Zale|no[ stosunku orosienia R od ilo[ci pBek teoretycznych przedstawiono na poni|szym wykresie. Do sporzdzenia takiej zale|no[ci graficznej nale|y na wykresie xvy nanie[ szereg linii operacyjnych o r|nym nachyleniu odpowiadajcym warto[ciom z przedziaBu Rmin < R < i metod McCabe Thiele go wyznaczy liczb pBek teoretycznych. R R min n n min 144 WykBady z in|ynierii chemicznej Wojciech SkrzypiDski Oczywi[cie realna kolumna musi pracowa przy Rmin < R < . Wybr wBa[ciwego, tj. optymalnego stosunku orosienia jest uwarunkowany wzgldami techniczno - ekonomicznymi i wymaga dokonania pewnych rozwa|aD. Bowiem ze wzrostem stosunku orosienia, czyli ze wzrostem ilo[ci cieczy zawracanej do kolumny ro[nie ilo[ ciepBa odbieranego w deflegmatorze. W przypadku deflegmatora cz[ciowo skraplajcego opary wypBywajce ze szczytu kolumny ciepBo oddane przez opary wynosi: & Qskr = L rD [W] lub qskr = R rD [W/kmol] gdzie: rD - molowe ciepBo kondensacji [J/kmol]. Z kolei dla deflegmatora caBkowicie skraplajcego opary wypBywajce ze szczytu kolumny ciepBo oddane przez opary wynosi: & Qskr = (L + D) rD [W] lub qskr = (R +1) rD [W/kmol]. StrumieD ciepBa odprowadzany w deflegmatorze wpBywa na zwikszenie zapotrzebowania na ciepBo dostarczane do wyparki qwyp , co wynika z bilansu cieplnego kolumny: qF + qwyp = qskr + qD + qW + qstr . Zatem ze wzrostem stosunku orosienia R rosn koszty produkcyjne, ale maleje liczba pBek teoretycznych, ktre s wymagane do osignicia zaBo|onego rozdziaBu surowca na skBadniki. Czyli w konsekwencji maleje wysoko[ kolumny i tym samym koszty inwestycyjne. Przy dalszym zwikszaniu stosunku orosienia R koszty inwestycyjne zaczynaj rosn, gdy| strumienie cieczy i oparw s tak du|e, |e wymagaj zwikszenia [rednicy aparatu, a ponadto ze wzrostem jednostkowych strumieni ciepBa qskr i qwyp konieczne jest rozbudowanie wymiennikw ciepBa. SK KOperacyjne KInwestycyjne R R min opt Na wykresie przedstawiono koszty produkcyjne, inwestycyjne i sumaryczne w funkcji stosunku orosienia R. Jak wida na linii kosztw sumarycznych istnieje minimum, ktre odpowiada optymalnej warto[ci stosunku orosienia, przy ktrym powinna pracowa ka|da kolumna rektyfikacyjna. 145 Koszty

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ET DI2 ObwodySygnaly2 wyklad nr 9 10 czworniki aktywne
BO II stacjonarne wykład nr 10
administracja wykład nr 10
Wyklad nr 10
SS wyklad nr 10 ppt
0210 06 05 2009, wykład nr 10 , Tkanka łączna właściwa Paul Esz
0214 13 10 2009, wykład nr 14 , Układ pokarmowy, cześć II Paul Esz
Wykład nr 4 26 10 2011
Wykład nr 3 19 10 11
ZARZĄDZANIE WARTOŚCIĄ PRZEDSIĘBIORSTWA Z DNIA 26 MARZEC 2011 WYKŁAD NR 3
Zarzadzanie strategiczne wyklad nr 2
wyklad nr 2 PK
Wykład nr 6 Decyzja
Gazeta o padaczce Nr 10
Ćwiczenie nr 10

więcej podobnych podstron