Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy

(1)

Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy

WPROWADZENIE +

Destylacja - różniczkowa / równowagowa / z parą wodną

(2)

OPERACJE WYMIANY MASY

-- stosowane w skali od laboratoryjnej do przemysłowej, często, z jednoczesną wymianą ciepła --

Odparowywanie / Wyparki, w tym, rotacyjne - próżniowe

Destylacja różniczkowa / równowagowa, destylacja z parą wodną, destylacja molekularna, destylacja azeotropowa

Rektyfikacja ciągła / okresowa - w kolumnach półkowych / z wypełnieniem

„kształtowym” / „pakietowym” – projektowanie liczby półek teoretycznych metodą Mc Cabe’a – Thiel’a / Savarit’a – Ponchone’a

Absorpcja / desorpcja

Ekstrakcja okresowa / ciągła Krystalizacja / rekrystalizacja Suszenie / liofilizacja

==========================================================

Adsorpcja / desorpcja / chromatografia (TRM)

Techniki membranowe – membran stałych / ciekłych (TRM)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Przedmiot wykładu - podstawy teoretyczne; zasady doboru optymalnych warunków i głównych parametrów operacyjnych; najważniejsze zastosowania;

Operacje jednostkowe uwzględnione nieco dokładniej / Operacje jednostkowe uwzględnione w sposób skrótowy w

ramach Inżynierii Chemicznej i Bio-proces.

(3)

DESTYLACJA / REKTYFIKACJA - wprowadzenie

- ciekłe – wzbogacanie destylatu w składnik bardziej lotny.

Rektyfikacja polega - w istocie – na wielostopniowej destylacji, realizowanej w tzw. kolumnie rektyfikacyjnej, z całkowitym, lub częściowym skraplaniem oparów bogatych w bardziej lotny składnik oraz zawracaniem na szczyt kolumny części ciekłego destylatu – „powrót” /

„orosienie kolumny”. Może byd realizowana w sposób ciągły, albo okresowy. Kolumna

rektyfikacyjna może byd typu półkowego, z wypełnieniem „kształtowym”, albo „pakietowym”.

(4)

Podstawy fizykochemii równowag destylacyjnych

(5)

Składnik niżej wrzący, to składnik bardziej lotny ! W opisie destylacji / rektyfikacji najczęściej wyraża się stężenia, tak w fazie ciekłej (x, L), jak w fazie pary (y,G (V)) – w ułamku molowym (x) w fazie ciekłej, lub (y) – w fazie pary (V – Vapor) ;

Ułamek wagowy (masowy)

(6)

(7)

(8)

(9)

β - lotnośd

α – lotnośd względna

(10)

(11)

(12)

(13)

dla roztworu regularnego

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

Destylacja różniczkowa okresowa jest operacją, w której destylat zmienia swój skład – spada zawartośd bardziej lotnego składnika. Ciecz wyczerpana zostaje w coraz wyższym stopniu pozbawiona składnika bardziej lotnego / składników bardziej lotnych. Np.

oddestylowujemy aceton z mieszaniny z wodą, a w kotle pozostaje coraz bardziej

„czysta” woda.

(21)

Skład cieczy wyczerpanej (x

_w

) i destylatu (y

_D

)

pozostaje stały, zależny od początkowego

skład wsadu oraz stopnia oddestylowania

(22)

z cyklicznym odbieraniem destylatu z jednego z dwóch odbieralników

Ciągła destylacja różniczkowa

(23)

Trójstopniowa destylacja różniczkowa – ciągła

-- możliwośd otrzymywania destylatu wzbogaconego w składnik lotny --

(24)

Obliczanie destylacji różniczkowej

jednostopniowej

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

Destylacja równowagowa – surówka w postaci cieczy przegrzanej,

znajdującej się pod określonym nadciśnieniem, zostaje wprowadzona do

przestrzeni o niższym ciśnieniu, najczęściej –ciśnieniu atmosferycznym

(30)

(31)

(32)

(33)

- rozdzielanie nisko lotnych niemieszalnych z wodą nisko i średnio

polarnych składników mieszanin, np. olejów naturalnych

(34)

w skali procesowej wodna

grzejna nasycona

wodna przegrzana - destylująca

pary grzejnej – do „garnka kondensacyjnego”

destylacyjne - do skraplacza

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)