Protsessy_ispravlennye

1.Сущность процесса экстракции

2.Свойства треугольной диаграммы

3.Методы осуществления экстракции

4.Однократная экстракция

5.Многократная экстракция

6.Расчет противоточной экстракции по треугольной диаграмме

7.Физическая сущность абсорбции. Закон Генри

8.Основное уравнение массопередачи при абсорбции

9.Материальный баланс абсорбера

10.Тепловой баланс абсорбера

11.Абсорбция тощих газов

12.Коэффициент извлечения при абсорбции. Уравнение Кремсера

13.Принципиальная схема установки абсорбер-десорбер

14.Физическая сущность адсорбции

15.Изотерма адсорбции

16.Скорость адсорбции. Время защитного действия

17.Материальный баланс адсорбера

18.Способы регенерации адсорбентов

19.Гидродинамические процессы и их сущность

20.Скорость осаждения в поле действия силы тяжести

21.Критериальное уравнение осаждения

22.Сущность процесса фильтрования

23.Типы фильтрующих перегородок и осадков

24.Способы фильтрования

25.Фильтрование при постоянном перепаде давления

26.Фильтрование при постоянной скорости

27.Промывка осадка на фильтре

28.Расчет фильтров

29.Сущность центробежного осаждения и фильтрования

30.Отстойное центрифугирование. Скорость осаждения при центрифугировании

31.Центробежное фильтрование. Движущая сила

32.Очистка в циклонах. Мультициклон. Гидроциклон

33.Основные характеристики псевдоожиженного слоя

34.Реакторы со стационарным, движущимся (в т.ч. «кипящим) слоем катализатора

35.Основное уравнение гидростатики

36.Режимы движения жидкости

37.Материальный баланс потока жидкости

38.Энергетический баланс потока жидкости. Уравнение Бернулли

39.Уравнение Дарси-Вейсбаха

40.Истечение жидкости из донного отверстия при постоянном уровне

41.Истечение жидкости из донного отверстия при переменном уровне

42.Местные и линейные гидравлические сопротивления

43.Измерение скоростей и расходов жидкостей

44.Основные характеристики центробежных насосов

45.Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

46.Конструкция пластинчатых теплообменников

47.Спиральные теплообменники

48.Аппараты воздушного охлаждения

49.Тарельчатые контактные устройства

50.Область устойчивой работы контактных устройств

51.Конструкция насадочных колонн

52.Насосы и их характеристики

1.Сущность процесса экстракции

Экстракция - процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при ее обработке р-лем, к-ый хорошо растворяет извлекаемые компоненты и ограниченно или практически не растворяет другие компоненты исходного сырья.

Применение:

∙очистка смазочных масел, дизельных топлив,

∙деасфальтизация тяжелых нефтяныхостатков,

∙	извлечение аром УВ из бензинов пиролиза, продуктов риформинга или	легких
	газойлей коксования,
∙	извлечение высококипящих или нелетучих комп-ов из сточных вод.

Применяемые р-ли: фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон, диэтиленгликоль, вода, жидкий пропан,бензол, диметилсульфоксид, производные морфолина и пр.

Р-р, состоящий из р-ля и извлеченных компонентов, называется экстрактным, а р-р включающий неизвлеченные компоненты и р-ль, называется рафинатным.

Извлекаемый компонент или смесь нескольких компонентов распределяется между экстрактным и рафинатным р-ми в соответствии с законом фазового равновесия:

К = х1 / х2, х1 и х2 — концентрации извлекаемого компонента в образующихся фазах;

К — коэффициент распределения, зависящий от природы системы, состава и температуры; значение его определяется экспериментально и для данной системы он является величиной постоянной.

При выборе растворителя учитывают его избирательность (селективность) и растворяющую способность.

Повышение температуры растворения, понижение растворяющей способности растворителя и повышение его селективности достигаются добавлением в систему компонента, который хорошо растворяется в растворителе и значительно хуже — в исходной разделяемой смеси

Для повышения взаимной растворимости растворителя и исходной смеси, понижения температуры растворения и избирательности растворителя в систему добавляют компонент, хорошо растворяющийся как в растворителе, так и в исходной смеси. Скорость расслаивания определяется разностью плотностей фаз, степенью дисперсности капель и вязкостью сплошной среды.

На процесс экстракции оказывает влияние соотношение растворителя и исходного сырья. В случае небольшого количества растворителя он при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси, образуя гомогенный раствор. При большом количестве растворителя исходная смесь полностью растворяется в растворителе.

Ниже кривой растворимости находится область расслаивающихся растворов, выше — область гомогенных растворов.

t

x

2.Свойства треугольной диаграммы

Влюбом процессе экстракции можно выделить три составляющие: раст-ль; извлекаемый компонент, неизвлекаемый компонент.

Равносторонний ∆, вершины к-го характеризуют какое-либо аддитивное свойство чистых или обобщенных комп-ов (конц-ию, вязкость, индекс вязкости и т.п.), а каждая точка внутри треугольника отвечает трехкомпонентной системе.

С-ма сост. из трех комп-ов А, В и L, представленных вершинами равностороннего ∆-а ABL, а точка N внутри ∆-а хар-ет смесь указанных комп-ов. Массовые доли комп-ов:

	хА =		g A			хB =	gB
			gA + gB	+ gL			gA + gB + gL
			gL			;	;
	хL =
		g A + gB + gL				хА + xB + xL =1

;

Бинарная смесь исходных компонентов характеризуется точкой, находящейся на соответствующей

хА + xB =1

стороне треугольника.

Основные свойства треугольной диаграммы:

Первое. Если из двух с-м, хар-ых (∙) N1, и N2, путем смешения получают новую с-му, хар-ую (∙) N, то (∙) всех трех с-м лежат на одной прямой, к-ая (∙) N делится на части, обратно пропорциональные кол-вам комп-ов в исходных системах

Ур-ние соотв-ет прямой, проходящей через (∙) N1, N и N2, а (∙) N делит прямую N1N2 на части, обратно пропорц. массам (или объемам) исх-ых с-м (правило рычага).

Аналогичным образом можно получить также следующие соотношения: gN1/gN2=NN2/N1N2, gN2/gN=N1N/N1N2

		Второе. Если при попарном смешении неск-
их	с-м	получается одна и та же с-ма, хар-ая (∙) N, то
на	∆-	ой диаграмме прямые, соединяющие (∙)
в (∙) N.		попарно смешиваемых систем, пересекутся
	Так,	если попарно смешать с-мы N1 и N2, N3 и N4,
к-ые		обр-ют с-му N , то прямые N1N2 и N3N4

пересекутся в (∙) N. При этом справедливо следующее соотношение:

gN1 + gN 2 = gN 3 + gN 4 = gN

Третье. Если разность кол-в любых двух с-м есть величина пост., то на ∆-ой диаграмме прямые, проходящие через соответствующие пары (∙), хар-ие исходные с-мы, пересекутся в одной (∙) М.

Пусть имеются с-мы R1, R2 и R3, к-ые при удалении из с-м S1, S2 и S3 обр-ют одну и ту же с-му М.

gR1 + gM = g

Согласно первому св-ву можно записать:

gS1 − gR1 = gS 2 − gR2 = gS 3 − gR3 = gM

Откуда

S1 gR2 + gM = gS 2 gR3 + gM = gS 3

; ;

При этом (∙) S1, S2 и S3 делят соотвие прямые R1М, R2M и R3M на части, обратно пропорциональные кол-вам

gR1

=

S1M

g

M

R S

соотв-их

с-м,

1 1

;

gR2

S2 M

=

gR3

=

S3M

gM

R2 S2

g

M

R S

3

3

;

(∙) пересечения М может оказаться вне ∆-ой диаграммы

Четвертое. Любая (∙), лежащая на линии LF, характеризуется постоянством соотношений комп-ов А и В. Другими словами, все р-ры исходной смеси F, состоящей из комп-ов А и В, и комп-та L, определяются (∙)-ами, лежащими на прямой LF.

aa′ = bb′

Из подобия соответствующих ∆-ов следует:

Поэтому перемещение из (∙) F в (∙) N можно рассматривать как добавление к р-ру F комп-та L в соответствующих кол-вах. В соотв-вии с 1-ым св-вом все такие р-ры будут находиться на прямой LF, при этом соотношение м/у конц-ями комп-тов А и В будет оставаться неизменным и равным

соотношению этих комп-тов в исходном р-ре F.Перемещение (∙) N	в (∙) L будет отвечать
	xLL =1 xAL = xBL = 0
бесконечному разбавлению исходной системы третьим компонентом L, т.е.	,а

Перемещение (∙) N по линии LF вниз соответствует постепенному удалению комп-та L из р-ра. При совмещении (∙) N с (∙) F третий комп-нт L полностью удаляется из р-ра, а смесь будет состоять

xLF = 0

только из к-тов А и В

3. Методы осуществления экстракции

Любой процесс экстракции содержит следующие стадии: 1) смешение растворителя с разделяемой смесью, обеспечивающее их контактирование; 2) разделение образовавшейся смеси на рафинатный и экстрактный р-ры. В зав-ти от числа ступеней экстракции и способа их соединения различают следующие разновидности процесса экстракции: однократную, многократную и противоточную.

При однократной экстракции: исходное сырье F в один прием обрабатывают заданным кол-вом растворителя L в смесителе С. Образовавшуюся в результате контакта смесь разделяют в отстойнике О на рафинатный R и экстрактный S растворы, которые отводят из аппарата.

При многократной экстракции:

исходное сырье F и соответствующие рафинатные р-ры Ri обрабатываются порцией свежего растворителя на каждой

ступени экстракции, где имеются смеситель С и отстойник О. При этом рафинатный р-р направляется в следующую ступень экстракции, а экстрактные р-ры S1, S2, S3, после каждой ступени экстракции выводятся из системы. При таком способе обработки исходная разделяемая смесь F поступает в первую ступень экстракции, а окончательный рафинатный р-р R3 отбирается из последней ступени.

Очевидно, в этом случае можно получить лучшее качество рафинатного раствора по сравнению с однократной экстракцией, однако выход конечного рафинатного раствора (рафината) уменьшается.

Противоточная экстракция характеризуется многократным контактированием в противотоке рафинатных и экстрактных р-ров, целью которого является обеспечение заданного изменения их составов. Противоточное контактирование фаз может быть осуществлено либо в системе аппаратов типа смеситель-отстойник, либо в аппарате колонного типа с контактными устройствами различных конструкций.

Противоточная экстракция обеспечивает получение продуктов заданного качества при высоких их выходах. Бывает также многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой и многоступенчатая противоточная экстракция двумя растворителями.

4.

Однократная экстракция

Для расчета процесса однократной экстракции необходимо располагать бинодальной кривой с конодами и составом сырья, определяемой (∙) F. В результате расчета определяют удельный расход растворителя gL/gF,кол-во образовавшихся рафинатного и экстрактного р-ров gR и gS, содержание в них растворителя xLR и хLS, выходы рафината gР и экстракта gQ.

Проводят однократную обработку сырья F раст-лем L. На ∆-ой диаграмме смесь сырья и р- ля определяется (∙), лежащими на прямой LF, к- ая хар-ет постоянство соотношения комп-тов А и В при разбавлении исходной с-мы р-лем L.

N1 и N2 –мин-ный и макс-ный расход р-ля при однократной экстракции. Расход р-ля должен быть выбран таким, чтобы (∙)N тройной системы располагалась м/у (∙)N1 и N2 внутри области, ограниченной бинодальной кривой.

Пусть расход р-ля выбран таким, что его смесь с сырьем хар-зуется (∙)N, а конц-я р-ля в смеси будет равна хLN. Тогда расход р-ля gL

определится					из следующего соотношения:
	gL	=	NF	=	NF	=			xLN
	gF		LN		LF − NF		1		− xLN

откуда

gL = gF xLN

1− xLN

На основании первого св-ва ∆-ой диаграммы кол-во образующихся рафинатного gR и экстрактного

	gR	=	NS	gF + gL = gR + gS
	gS		RN
gS р-ров опр-ся из соотношения:				и уравнения мат. баланса экстракции

Конц-и р-ля в рафинатном xLR и экстрактном xLS р-рах опр-ются (∙)ами, полученными при пересечении горизонталей, проведенных из (∙)ек R и S, со стороной ∆-ка AL.

При удалении р-ля из рафинатного р-ра получим рафинат, характеризуемый (∙)Р, к-рая находится на стороне АВ, так как содержание р-ля в рафинате равно нулю. Положение (∙) определяется прямой, проходящей через (∙)ки р-ля L и рафинатного р-ра R и пересекающей сторону АВ ∆-ка в (∙)Р. Аналогично определяется (∙)Q.

Выходы рафината gP и экстракта gQ могут быть найдены на основании первого св-ва ∆-ной gP = gF FQPQ gQ = gF PQPF

диаграммы

5. Многократная экстракция

При обработке сырья растворителем в нескольких ступенях экстракции можно получить рафинатный раствор лучшего качества, чем при однократной экстракции. В каждой ступени экстракции обработке растворителем подвергается рафинатный раствор предшествующей ступени, при этом экстрактные растворы выводятся из системы. При многократной экстракции

уменьшается выход конечного рафината, однако улучшается его качество. Рассмотрим расчет многократной экстракции на треугольной диаграмме (рис. IX-16). Для расчета многократной экстракции должны быть заданы бинодальная кривая с конодами, состав исходного сырья (точка F)

исостав конечного рафината (точка Р3) или экстракта (точка Q3). При добавлении к сырью F растворителя образуется система N1, которая после расслаивания образует экстрактный раствор S1, и рафинатный раствор R1. Положение точек R1, и S1, на бинодальной кривой определяется

конодой R1S1, проходящей через точку N1.

Образовавшийся экстрактный раствор S1, выводится из системы а, рафинатный раствор R1, обрабатывается новой порцией растворителя. В результате образуется система N2, которая способна к расслаиванию с образованием экстрактного раствора S2 и рафинатного раствора R2. Положение точек S2 и R2 определяется конодой S2R2. Экстрактный раствор S2 удаляется из системы, а рафинатный раствор R2 в следующей ступени экстракции вновь обрабатывается растворителем, где образуется система N3. Последняя после расслаивания образует экстрактный S3 и рафинатный R3 растворы. После удаления растворителя рафинатный раствор R3 должен обеспечивать получение рафината Р3 заданного качества. В рассматриваемом случае для получения рафинатного раствора R3

иотвечающего ему рафината Р3 необходимо иметь три контактные ступени;

их число соответствует числу построенных конод. Поскольку в процессе многократной экстракции каждая ступень эквивалентна процессу однократной экстракции по отношению к соответствующему рафинату, расход растворителя на каждой ступени можно определить аналитически по аналогии с уравнением:

Выход рафината Р3 требуемого качества определится из соотношения

Учитывая, что величина каждой дроби в правой части уравнения меньше единицы, следует, что

Таким образом, увеличение числа ступеней при многократной экстракции приводит к уменьшению выхода готового продукта при более высоком его качестве. Составы и расходы других потоков можно определить, воспользовавшись свойствами треугольной диаграммы, изложенными выше.

6. Расчёт противоточной экстракции по ∆-ой диаграмме

Чтобы получить рафинатный и экстрактный р-ры требуемого качества при высоком выходе рафинатного р-ра применяют процесс противоточной экстракции.

Для расчета противоточной экстракции должны быть заданы бинодальная кривая с конодами, состав исходного сырья ((∙)F),и состав конечного рафината R3 и (или) экстракта S1. Все остальные величины могут быть определены расчетом.

Уравнения материального баланса для каждой ступени экстракции:

gF + gS 2 = gR1 + gS1	gS1 − gF = gS 2 − gR1
1 ступень	, откуда

gF + gS 2 = gR1 + gS1	gS1 − gF = gS 2 − gR1
2 ступень	откуда
gF + gS 2 = gR1 + gS1	gS1 − gF = gS 2 − gR1
3 ступень	откуда
Из приведенных уравнений следует, что
gS1 − gF = gS 2 − gR1 = gS 3 − gR2 = gL − gR3 = gM = const		(1)

Ур-ние (1) хар-ет пучок прямых, проходящих через (∙) каждой пары встречных потоков S1 и F, S2.и R1, S3 и R2, L и R3 и пересекающихся в (∙)М. Эти линии являются рабочими.

gL = gF 1 xLN − xLN

Расход растворителя gL в этом случае определяется координатами (∙)N:

gL = NF

gF LN

Пусть задан расход растворителя:

Кол-во конечных рафинатного и экстрактного р-ров:

	gR3			=	NS1
	g	N			R S
					3	1		и
	gS1			=	NR3
	g	N			R S
					3	1
Выходы						рафината		и экстракта:
					FQ
	gP = gF PQ							gQ = gF − gP

и

6. Расчёт противоточной экстракции по диаграмме X-Y

Рi - потоки рафинатов (без учета массы р-ля), уi

— конц-ции извлекаемого комп-та.

Li - потоки р-ля, а через хi — конц-ции извлекаемого комп-та Мат. баланс по извлекаемому компоненту для аппарата в целом:

P0 y0 + LN +1xN +1 = PN yN + L1x1

(1)

Если конц-ции х и у выразить относительно входящих потоков:

X

=

Li

x

Y =

Pi

y

P

i

L

N +1

i

i

i

и

0

Из

ур-ния

(1)

→:

P0 (Y0 −YN ) = LN +1 ( X1 − X N +1 )

или

LN +1

Y0 −YN

y0 −YN

=

=

P

X1 − X N +1

X1 − xN +1

(2)

Ур-ние (2) позволяет определить удельный расход р-ля в зав-ти от конц-ции извлекаемого комп-та в потоках входящих и покидающих аппарат.

На диаграмме X-Y наклон рабочей линии определяется удельным расходом растворителя LN+1/P0. На диаграммeу X-Y необходимо нанести также равновесную кривую ОС, отвечающую определенной температуре экстракции.