Wykład 08 destylacja

Nasza ocena:

3
Pobrań: 476
Wyświetleń: 1393
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Wykład 08 destylacja - strona 1 Wykład 08 destylacja - strona 2 Wykład 08 destylacja - strona 3

Fragment notatki:

Destylacja
Destylacja jest procesem rozdziału substancji, który jest najbardziej rozpowszechnionym w przemyśle chemicznym i wielu przemysłach pokrewnych. Celem procesu jest utworzenie z co najmniej dwuskładnikowego roztworu dwóch produktów ciekłych, w których zostaną zmienione składy w taki sposób, że w jednym będzie więcej składnika lotniejszego, a w drugim więcej składnika o mniejszej lotności w porównaniu do składu surowca. Rozdział składników uzyskuje się dzięki temu, że odparowuje się część surowca, i uzyskaną w ten sposób parę skrapla się. Opracowano wiele różnych sposobów realizacji procesu destylacji jak procesy okresowe i ciągłe, sposoby o jednokrotnym odparowaniu surowca i takie, w których odparowanie następuje wielokrotnie czy wreszcie sposoby wykorzystujące jakieś czynniki dodatkowe lub skrajnie zmienione warunki procesu destylacji. Jednakże wszystkie te procesy podlegają tym samym prawom opisującym zachowanie się mieszanin dwufazowych ciecz - para. Matematyczny opis tych zachowań, to nic innego jak powtórka z chemii fizycznej, która przedstawiona zostanie poniżej w takiej formie, aby można ją było wykorzystać do opisu procesów destylacyjnych.
Ciecze o nieograniczonej rozpuszczalności
Ciecze o nieograniczonej rozpuszczalności mogą tworzyć roztwory doskonałe lub roztwory rzeczywiste. Roztwory doskonałe mają następujące cechy charakterystyczne:
Objętość roztworu jest równa sumie objętości poszczególnych składników, a przy mieszaniu nie występuje efekt cieplny.
Właściwości fizykochemiczne roztworu można obliczyć addytywnie z właściwości składników i ich stężeń w roztworze.
Oddziaływania międzycząsteczkowe A-B są równe oddziaływaniom A-A lub B-B.
Faza gazowa (parowa) spełnia prawa gazów doskonałych, a entalpia pary nie zależy od ciśnienia.
Zgodnie z prawem Raoulta można zapisać zależność pomiędzy prężnością pary wybranego składnika A nad ciekłym roztworem a jego stężeniem i prężnością pary nasyconej.
Zgodnie z prawem Daltona tę samą prężność pary wybranego składnika A w fazie parowej można obliczać z zależności
Ciśnienie całkowite pc jest oczywiście sumą prężności poszczególnych składników. Dla mieszaniny dwuskładnikowej można zapisać zależność
Interpretację graficzną tego równania można przedstawić w układzie współrzędnych pc = f(x)
Jeśli nad roztworem panuje ciśnienie całkowite równe 1013 hPa i zadana jest temperatura t = const, to oznacza to, że mieszanina o składzie oznaczonym odciętą xA jest w stanie wrzenia.
Zgodnie z równaniem zamieszczonym powyżej skąd Prężności par nasyconych substancji ciekłych zależą od temperatury


(…)

… oraz ciekłej cieczy wyczerpanej W o składach xD oraz xW. Analizując przebieg procesu na wykresie można zauważyć, że jeżeli zmieni się skład surowca, ale temperatura procesu T nie ulegnie zmianie, to produkty nie zmienią składu, zmieni się tylko ich ilość. Destylacja równowagowa jest szczególnie przydatna do rozdzielania układów, dla których różnica ułamka molowego w destylacie i w cieczy wyczerpanej…
…)
Wprowadzając pojęcie stopnia odparowania eD (6)
otrzymuje się:
(7)
Zupełnie analogicznie z równań (1) - (3) można wyprowadzić zależność opisującą skład destylatu:
(8)
Należy pamiętać, że suma ułamków wszystkich składników w cieczy wyczerpanej oraz w destylacie jest równa 1. To przypomnienie jest szczególnie istotne dla mieszanin wieloskładnikowych, gdy chcemy obliczyć ułamki molowe wszystkich składników…
… .
Na początku procesu w kotle znajduje się mieszaniny o ułamku molowym składnika lżejszego . Na końcu procesu pozostanie odpowiednio oraz . Dla prostoty zapisu w dalszym opisie pomińmy indeks A oznaczający symbol składnika. W różniczkowym czasie z kolby oddestyluje cieczy i jednocześnie pojawi się destylatu. Pisząc bilans składnika lżejszego dla tego samego różniczkowego czasu otrzymamy:
po przekształceniu…
… substancji A i pary wodnej W, kg,
MA - masa cząsteczkowa substancji A, kg/kmol,
yA, yW - ułamek molowy substancji A lub W,
PA, PW - prężność pary nasyconej substancji A lub W w temperaturze
destylacji, Pa.
Na poniższym wykresie przedstawiono zasadę wyznaczania minimalnej temperatury destylacji z parą wodną na przykładzie układu destylacyjnego: toluen - para wodna.
W praktyce często nie osiąga się stanu…
…: Całkując od początku do końca procesu otrzymuje się wyrażenie:
zatem: lub Całka w ostatnim równaniu nazywana jest całką Rayhleya. Jej rozwiązanie analityczne możliwe jest w takim przypadku, gdy znana jest funkcja , natomiast w przeciwnym przypadku jej wartość można znaleźć metodami numerycznymi (na przykład najprostszą metodą trapezów).
Dla przypadku, gdy linia równowagi międzyfazowej ciecz - para dana…
... zobacz całą notatkę



Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz