Výpočtový ýp ý seminář z Procesního inženýrství ý
podzim 2007 p
Destilace
18.9.2008
1
Tématické okruhy ¾ destilace - základní pojmy ¾ rovnováha kapalina p -p pára ¾ jednostupňová destilace ¾ rektifikace
18.9.2008
2
Destilace – základní pojmy ¾ rozdělení ě í kapalných ý složek, ž které é majíí při ř stejné é teplotě ě různé ů é tenze par, (při stejném tlaku různé body varu)
¾ druhy destilací • vsádková • kontinuální • jednostupňová • rektifikace - vícestupňová
18.9.2008
3
Destilace – jednostupňová ¾ pokus:
A nejtěkavější složka A=nejtěkavější • směs přiveden k varu při teplotě Tv • odcházející páry mají jinou koncentraci složek než kapalná fáze
• vztah mezi složením kapalné a plynné fáze je dán fázovou rovnováhou
18.9.2008
4
Rovnováha kapalina pára ¾ grafické é vyjádření: á ř í • vynesení naměřených rovnovážných bodů xA, yA, Tv, p do grafu • závislost á l T=f(xA, yA), p=konst. • A – více těkavá složka. • B – méně těkavá složka. • TK – teplota kondenzace • TV – teplota varu
18.9.2008
5
Rovnováha kapalina pára ¾grafické é vyjádření: á ř í • vynesení naměřených rovnovážných bodů xA, yA, Tv, p do grafu • závislost á l T=f(xA, yA), p=konst. • A – více těkavá složka. • B – méně těkavá složka. • TK – teplota kondenzace • TV – teplota varu
18.9.2008
6
Azeotropická směs ¾ Azeotrop: kapalná á i parníí fáze á majíí stejné é složení ž í • příklady:
18.9.2008
7
Rovnováha kapalina pára ¾ přenos ř hmoty mezi fázemi: á
• koncentrační gradient transportované složky • při rovnováze nulový tok hmoty
¾
18.9.2008
8
Rovnováha kapalina pára ¾
18.9.2008
9
Rovnovážný poměr
• rozdělovací koeficient ((rovnovážný ý poměr) p ) • Daltonův zákon • Raoultův zákon
18.9.2008
10
R l ti í těkavost Relativní těk t
18.9.2008
11
R Rovnovážná áž á destilace d til
18.9.2008
12
Dif Diferenciální iál í destilace d til
18.9.2008
13
R ktifik Rektifikace
18.9.2008
14
R ktifik č í kolony Rektifikační k l ¾ patrová á kolona
18.9.2008
¾ náplňová á ň á kolona
15
R Rovnovážné áž é patro t
18.9.2008
16
Látk á bilance Látková bil - 1. 1 patro t
18.9.2008
17
Látk á bilance Látková bil - 1. 1 patro t
18.9.2008
18
Látk á bilance Látková bil - 2. 2 patro t
18.9.2008
19
Látk á bilance Látková bil - nástřikové á třik é patro t
18.9.2008
20
Látk á bilance Látková bil vařáku řák
18.9.2008
21
R ktifik Rektifikace
18.9.2008
22
R Rovnice i pracovních í h čar č k l kolony
18.9.2008
23
R fl Refluxní í poměr ě
18.9.2008
24
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Reaktivníí destilace
• použití: ž í např. ř výroba ý MTBE
• výhody + potlačení nežádoucích reakcí + vysoká selektivita k produktu + u exortemních reakcí využití reakčního tepla ve vařáku • nevýhody - nákladné ukládání katalyzátoru - teplota pro vyšší rychlosti reakce obvykle není vhodná pro destilaci - relativně l ti ě vysoká ká tlaková tl k á ztráta t át v reaktivní kti í zóně ó ě - složitý design, kvůli kombinaci reakce a destilace
18.9.2008
25
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Extraktivníí destilace • použití: dělení látek s blízkým bodem varu (celulosa + lignin) • výhody + dělení látek, které obyčejnou destilací rozdělit nelze • nevýhody - v porovnání s nástřikem je potřeba velkého lkéh množství ž í rozpouštědla š ědl - vysoká spotřeba energie, nutná ke kondenzaci a varu všech rozpouštědel
18.9.2008
26
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Pressure Swing destilace • použití: např. dělení azeotropu ethanol - voda • výhody + dělení azeotropních směsí + při různých tlacích se některé azeotropy nevytvářejí • nevýhody y energetické g a finanční náklady y - vysoké - velká zařízení (i několik kolon) - vysoký reflux
18.9.2008
27
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Homogenníí azeotropická á destilace • použití: dělení azeotropických směsí pomocí dalších azeotropů • výhody + dělení azeotropních směsí nebo směsí s blízkými body varu • nevýhody - obtížná simulace a návrh - vytváří 2 azeotropy pro oddělení jednoho
18.9.2008
28
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Heterogenníí azeotropická á destilace • použití: dělení azeotropických směsí (ethanol - voda) • výhody + dělení azeotropních směsí nebo směsí s blízkými body varu • nevýhody - obtížná simulace a návrh - vysoké průtoky recyklu
18.9.2008
29
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Vakuová á destilace
• použití: dělení ropy lehké uhlovodíky od těžkých snížení tlaku vede k varu při nižších teplotách, á nedochází á í k degradaci • výhody + provoz při nízkých teplotách + úspory při dělení vysoko vroucích materiálů +nedochází k tepelné degradaci
© Chemoprojekt
18.9.2008
• nevýhody - vysoké náklady na vakuum - ztráty energie a tlaku při poškození - velké lké průměry ů ě k kolon l pro efektivní f k í proces
30
S Speciální iál í rektifikace ktifik
18.9.2008
31
S Speciální iál í rektifikace ktifik ¾ Kryogenníí destilace
• použití: dělení plynů např. vzduchu
• výhody + nejefektivnější pro výrobu čistého O2 + produkty mohou byt kapalné i plynné + kapalné plyny se lépe přepravují • nevýhody - neefektivní skladování při nízkých T - vysoké náklady na podchlazení plynů - nutné é speciální ál í vybavení: b í k kryogenníí pumpy, ventily, … © Air Products
18.9.2008
32
Úl h U19 Úloha U19-2 2 ¾Zadání: Surovina o složení 32 hmotn% benzenu a 68 hmotn% toluenu se má dělit rovnovážnou destilací při teplotě 70 °C tak, aby se surovina rozdělila na 60 hmotn% parní a 40 hmotn% kapalné fáze fáze. Určete složení těchto fází fází.
¾Výsledek:
18.9.2008
33
Úl h U19 Úloha U19-3 3 ¾Zadání: Při rovnovážné destilaci za normálního tlaku směsi obsahující 45 hmotn% ethanolu a 55 hmotn% butanolu se nastřikuje 1 kg s-1 směsi a získává se 0 43 kg s-11 destilátu. 0,43 destilátu Určete složení destilátu a zbytku a teplotu destilace. destilace
¾Výsledek:
18.9.2008
34
