Asosiy texnologik jarayonlar

2. Rektifikatsiya jarayonining nazariy asoslari va texnologik sxemaning tavsifi
2.1. Rektifikatsiya jarayonining nazariy asoslari
Ko'pgina kimyo sanoatida toza aralashmalarni suyuq aralashmalardan ajratish zarur. Rektifikatsiya - bu aralashmalarni ajratishning eng keng tarqalgan usullaridan biridir. Ushbu usul qaynash haroratining farqiga va natijada aralash tarkibiy qismlarining o'zgaruvchanligiga asoslanadi. Agar tarkibiy qismlarning o'zgaruvchanligi boshqacha bo'lsa, u holda suyuqlik ustidagi bug'ning tarkibi suyuqlik aralashmasining tarkibidan past qaynoq (yuqori uchuvchan) komponent - YUK tarkibidagi miqdori bilan farq qiladi. Natijada, massa almashinuvi natijasida rektifikatsiya paytida amalga oshiriladigan suyuq aralashmaning bug'lar bilan teskari aloqasi paytida bug'lar YUK bilan boyitiladi va suyuqlik yuqori qaynoq (past o'zgaruvchan) komponent bilan - OUK.
Oxir oqibat, bug'lar ozroq yoki kamroq toza YUK, suyuqlik esa WCC bo'ladi.
Rektifikatsiya jarayoni asosan diskda yoki qadoqlangan ustunli apparatda davriy yoki doimiy ravishda amalga oshiriladi. Dastlabki suyuqlik aralashmasi rektifikatsiya uchun beriladi, uning tarkibi NR xf. Rektifikatsiya jarayonida aralash ikki qismga bo'linadi: YUK bilan boyitilgan qism - distillat va WCC bilan boyitilgan qism - distillash qoldig'i. Distillat tarkibini YUK fraktsiyalarida xp, pastki qoldig'ining xw deb belgilaymiz.Ushbu aralashma suyuqlik xf tarkibiga ega bo'lgan ustun qismiga beriladi. Ustundan pastga oqib tushganda, u qozondagi taglik suyuqligini qaynatish paytida hosil bo'lgan ko'tarilgan bug 'bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bug 'taxminan xw distillash qoldig'i tarkibiga teng bo'lgan dastlabki tarkibga ega, ya'ni. tugagan YUK. Ommaviy uzatish natijasida LCC suyuqlikdan bug'ga, YUK esa bug'dan suyuqlikka o'tadi.
Dastlabki aralashmani kiritish nuqtasida, bug 'chegarasida, boshlang'ich aralashmasi bilan muvozanatda bo'lgan tarkibga ega bo'lishi mumkin. YUK bug'ini yanada to'liq boyitish uchun ustunning yuqori qismi xp tarkibidagi suyuqlik bilan püskürtülür, bu kolondan chiqib ketadigan bug'ning kondensatsiyasi bilan qaytariladigan kondensatorda olinadi. Kondensatning bu qismi reflyuks deb ataladi. Bug 'kondensatining yana bir qismi ajratuvchi mahsulot - distillat shaklida qaytariladigan kondensatordan chiqariladi. Ustunning pastki qismidan chiqarilgan suyuqlik tagliklar deb ataladi. Shunday qilib, distillash kolonnasida kolonkaga tushirilgan boshlang'ich ikkilik aralashmani tarkibida NAC yuqori bo'lgan va WCA bilan boyitilgan pastki qoldiqni distillatga ajratishning uzluksiz jarayoni amalga oshiriladi. Agar Gf rektifikatsiyasi uchun berilgan dastlabki aralashmaning miqdorini, Gp ishlab chiqarilgan distillashning miqdorini va Gw distillash qoldig'ining miqdorini belgilasak, u holda moddiy balans tenglik bilan ifodalanadi:
Gf = Gp + Gw (1)
Agar boshlang'ich aralashmaning miqdori va tarkibi va ajratib olinadigan mahsulotlarning tarkibi ko'rsatilgan bo'lsa, unda distillash va hanuz taglik miqdorini aniqlash uchun tenglama YUK uchun moddiy balans tenglamasi bilan to'ldiriladi:
Gf хf= Gp хp + Gw хw (2)
Ajratish darajasi - rektifikatsiya paytida olingan mahsulotlarning tozaligi - ajratiladigan moddalarning fizik-kimyoviy xossalari, apparatning kattaligi va dizayni va jarayon sharoitlari (gidrodinamika, bosim va boshqalar) bilan belgilanadi.
Bug'larning tarkibi (y) - suyuqlik tarkibi (x) ning koordinatalaridagi 1-rasmda ikki tomonlama aralashma uchun muvozanat (1-satr) va ishchi (2 va 3-chiziqlar) fazalar tarkibi o'rtasidagi odatiy bog'liqlik grafik jihatdan ko'rsatilgan. Ustunning yuqori va pastki qismlari uchun ishchi kontsentratsiyalar chiziqlari uchun tenglamalar boshqacha shaklga ega:
• yuqori uchun
yв = R / (R + 1) x + xp / (R + 1); (3)
• pastki qism uchun
yн = (R + f) / (R + 1) x – (f – 1) × × xw / (R + 1), (4)
bu yerda f = Gf / Gp - keladigan boshlang'ich aralashmaning o'ziga xos miqdori;
R = GR / Gp - qaytarilish nisbati, bu kolonnaning oqimiga etkazib beriladigan qaytarilish miqdorining distillat miqdoriga nisbati.
Ishchi chiziqlar tenglamalarida o'zaro ta'sir qiluvchi fazalar tarkibi faqat YUK ning molyar qismlarida ifodalanadi.
Rektifikatsiya jarayonlarini hisoblashda jarayonning haqiqiy shartlarini biroz buzadigan, ammo hisobni ancha soddalashtiradigan quyidagi taxminlar mavjud:
Ajratib olinadigan aralash Truton qoidasiga binoan bug'lanish yoki kondensatlanishning molyar issiqligining barcha suyuqliklar uchun mutloq qaynash nuqtasiga nisbati taxminan doimiy bo'ladi.
Ikki komponentning aralashmasi uchun:
rсм / Tсм = r1 / T1 = r2 / T2 - const. (5)


1 Shundan kelib chiqadiki, 1 kmol VC kondensatlanganda 1 kmol VC kolonnada bug'lanadi, ya'ni. doimiy ravishda ustunga ko'tarilgan bug'larning molyar miqdori.
2 Yp = xp, va Yw = xw, ya'ni qabul qilinadi. Undagi bug'larning kondensatsiyasi jarayonida qayta oqim kondensatorining kuchaytiruvchi ta'siri inobatga olinmaydi va qozonning to'liq ta'siri beparvo qilinadi.
3 Ajratiladigan aralashmaning tarkibiy qismlarini aralashtirish issiqliklari nolga teng.
Bundan tashqari, hisob-kitoblar, ajratiladigan aralash besleme tepsisindeki qaynash nuqtasiga qadar isitilgan kolonnaga kirishiga asoslanadi. Bunda ustunning pastki va yuqori qismidagi ishchi chiziqlarning kesishish nuqtasi x = xf ordinatada yotadi.
Shuni ta'kidlash kerakki, dastlabki aralashma bilan ustunga ozuqa bug 'shaklida va past haroratli suyuqlik shaklida amalga oshirilishi mumkin.
Aralashmaning qaynash harorati. Qabul qilingan taxminlarni hisobga olgan holda ustunning pastki va yuqori qismidagi ishchi chiziqlar tenglamalarini tahlil qilishdan kelib chiqadiki, ustunning yuqori qismining ishchi chizig'i diagonali A nuqtada kesib o'tadi (x = xp bilan ), pastki qismi esa B nuqtada (x = xw). O'zaro bu chiziqlar x = xf bo'lgan S nuqtada kesishadi.
Balandlikda C nuqta muvozanat chizig'i va diagonal o'rtasida joylashgan va R ga bog'liq; Rmin uchun C nuqta muvozanat chizig'ida, Rmax uchun esa diagonalda.
Faza diagrammasiga binoan (1-rasm) kontsentratsiyaning nazariy bosqichlari sonini yoki "nazariy plitalar" sonini grafik qurilish orqali topish mumkin. "Nazariy plastinka" uchun shunday an'anaviy plastinka olinadi, unda (1-rasm) x1 kompozitsion suyuqligi bilan o'zaro ta'sirlashib, konsentratsiyani Y1 * muvozanat holatiga o'zgartiradi.
Bunday holda, "nazariy plitalar" soni xw dan xp oralig'ida ishlaydigan va muvozanat chiziqlari orasidagi bosqichlarni qurish bilan aniqlanadi.
Haqiqiy tovoqlar ustunda bug 'va suyuqlik o'rtasidagi muvozanat holatiga erishilmaydi. Shuning uchun kontsentratsiyaning o'xshash o'zgarishi uchun ko'proq miqdordagi haqiqiy tovoqlar talab qilinadi.
"Nazariy tovoqlar" nt sonining ustundagi haqiqiy nd tovoqlar soniga nisbati tovoqlarning o'rtacha samaradorligi (ustun samaradorligi) deb ataladi: ηav = nt / nd.
Tovoqlar ishi intensivligining o'lchovi sifatida samaradorlik qiymati laganda ustidagi gidrodinamik sharoitlarga, bug 'va suyuqlikning fizik xususiyatlariga va muvozanat chizig'ining egriligiga bog'liq. Ushbu omillarning barchasi kontsentratsiyaning o'zgarishi bilan o'zgarishi mumkinligi sababli, har bir plastinkaning samaradorligi barcha plitalar uchun o'rtacha qiymatdan farq qiladi. Ηav qiymati empirik ravishda aniqlanadi.
Tuzatish jarayoni issiqlik energiyasini iste'mol qilishni talab qiladi. Pastki suyuqlikni bug'lantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik qozonga beriladi. Odatda issiqlik to'yingan bug 'bilan ta'minlanadi va kichik ustunlar uchun elektr isitish ishlatilishi mumkin.
Jarayon uchun nazariy issiqlik iste'moli issiqlik balansi tenglamasidan aniqlanadi:
Qк = Gp (R + 1) rp + Gp cp tp + Gw cw tw – Gf cf tf , (6)
bu yerda rp - qayta oqim kondensatoridagi bug 'kondensatsiyasining solishtirma issiqligi;
sf, cp, cw - mos ravishda, dastlabki aralashmaning issiqlik quvvati, distillash va harakatsiz;
tf, tp, tw - mos ravishda dastlabki aralashmaning, distillat va vat suyuqligining qaynash nuqtalari.
Issiqlik quvvati va aralashmalarning kondensatlanishining yashirin issiqligi qo'shilish qoidasi bo'yicha hisoblanadi. Haqiqiy issiqlik iste'moli atrof-muhitga issiqlik yo'qotilishi tufayli issiqlik balansi tenglamasi tomonidan hisoblanganidan bir oz yuqori.