Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy -- Rektyfikacja –

60  Download (0)

Pełen tekst

(1)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy

-- Rektyfikacja –

(2)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

REKTYFIKACJA

(3)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(4)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(5)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO- PROCESOWA

(6)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(7)
(8)

Kolumny z wypełnieniem pakietowym

są ok 2x bardziej sprawne od (ok 2x

niższa wartośd HETP) od kolumn

wypełnionych odpowiednim

wypełnieniem „kształtowym”

(9)
(10)
(11)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(12)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(13)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Rektyfikacja mieszanin wieloskładnikowych , np.

rektyfikacja ropy naftowej - „Atmosferyczna”

- „Próżniowa”

(14)

Dwie podstawowe metodyki projektowania

(obliczania) rektyfikacji ciągłej

(15)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(16)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

- całej kolumny - górnej części - dolnej części -- skraplacza -- kotła

-- półki zasilanej

(17)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(18)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(19)

Alternatywne przebiegi linii stanu cieplnego surówki

(20)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(21)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(22)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(23)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(24)
(25)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(26)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(27)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(28)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(29)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(30)
(31)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(32)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Projekt rozkładu półek teoretycznych kolumny rektyfikacyjnej metodą

MC Cabe’a – Thiel’a – w układzie y= f(x) (w „kwadracie jednostkowym”) -

(33)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(34)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(35)

Wyznaczenie „linii operacyjnych” – „górnej”, „dolnej”, „stanu cieplnego

surówki”, liczby półek teoretycznych górnej i dolnej części kolumny, numeru półki zasilanej, stanowi istotną częśd projektowania kolumny rektyfikacyjnej oraz procesu rektyfikacji, jednak tego nie kooczy.

Konieczne jest określenie:

- „sprawności” półki w aparacie półkowym, a stąd – „liczby półek rzeczywistych”, wg zasady : N

rz

= N

t

/ E

p

, gdzie : E

p

- sprawnośd półki rzeczywistej – w zakresie 0 do 1 ;

obliczenia należy wykonad oddzielnie dla dolnej i górnej części kolumny, ponieważ różne mogą tam byd warunki hydrodynamiczne i różne sprawności półek; przy czym

„kocioł” traktujemy jako jedną półkę teoretyczną; skraplacz całkowicie skraplający nie jest półką, ale skraplacz częściowo skraplający może stanowid częśd, albo nawet ponad jedną półkę teoretyczną;

- „wysokości półki” – konstrukcyjnej w aparacie półkowym (h

i

);

- wysokości wypełnienia (H

i

) odpowiadającego półce teoretycznej w aparacie z wypełnieniem kształtowym, lub strukturalnym;

Na tej podstawie można określid wysokośd dolnej i górnej części kolumny oraz

położenie wlotu przewodu zasilania kolumny surówką, korzystając z formuły ogólnej H

x

= N

rzx

h

i x,

lub H

x

= N

rzx

H

ix

, gdzie x oznacza dolną lub górną częśd kolumny rektyfikacyjnej.

Konieczne jest też wykonanie bilansu cieplnego, obliczenie skraplacza jako wymiennika ciepła typu – kondensująca para / ciecz chłodząca, zaprojektowanie izolacji termicznej (wszystkie obliczenia dotyczyły warunków adiabatycznych – bez wymiany ciepła z

otoczeniem (bez strat cieplnych).

(36)

H = HETP x N

- obliczane oddzielnie dla dolnej i górnej części kolumny -

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(37)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(38)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(39)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(40)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(41)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(42)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(43)
(44)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Przychód ciepła

1. Ciepło doprowadzane do kolumny rektyfikacyjnej z surówką w

temperaturze wrzenia:

(45)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(46)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(47)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(48)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(49)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(50)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(51)

2. Metoda Savarita – Ponchona

– w układzie i=f(x,y) („metoda entalpowa”)

-- przebieg projektowania

liczby pólek teoretycznych --

(52)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

REKTYFIKACJA OKRESOWA

(53)

REKTYFIKACJA OKRESOWA

1. Przy stałym składzie destylatu i zmieniającym się składzie cieczy wyczerpanej – regulacja orosienia –> zwiększanie orosienia w miarę wzrostu otrzymywanego destylatu

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

2. Przy zmiennym składzie destylatu i

zmiennym składzie cieczy wyczerpanej

(54)

Np. kolumna posiada 5 półek teoretycznych

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

REKTYFIKACJA OKRESOWA

1. Przy stałym składzie destylatu – regulacja orosienia – zwiększanie orosienia w miarę wzrostu

otrzymywanego destylatu

(55)

Np. kolumna posiada 4 półki teoretyczne

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

- przy zmiennym składzie

destylatu i zmiennym składzie

cieczy wyczerpanej

(56)

ZASADY OKREŚLANIA WYSOKOŚCI KOLUMNY

W przypadku przemysłowych półkowych kolumn rektyfikacyjnych , wykorzystywanych w skali procesowej, kolumny rektyfikacyjne są konstruowane z zastosowaniem

rozwiązao opracowanych przez producentów.

Istnieje bardzo bogata literatura opisująca zasady optymalnej geometrii półek w kolumnach rektyfikacyjnych. Jednakże, ta problematyka, będąca domeną

zaawansowanej inżynierii chemicznej procesowej, w zasadniczym stopniu przekracza zakres kursu przedmiotu Inżynieria Chemiczna i Bio-Procesowa.

W przypadku wypełnionych kolumn rektyfikacyjnych, stosowanych w różnej skali operacji rektyfikacji istnieją dwa główne sposoby określania wysokości kolumny rektyfikacyjnej:

-- w oparciu o pojęcie Wysokości wypełnienia Równoważnej Półce

Teoretycznej (WRPT / HETP), z wykorzystaniem określenia liczby półek teoretycznych (N), oddzielnie dla dolnej (N

d

) i górnej części kolumny (N

g

), przy czym, N = N

d

+N

g

oraz

H=H d N d + H g N g

-- w oparciu o – wynikające z teorii Withmana - pojęcie Wysokości Jednostki Przenikania Masy (WJPM), określanej oddzielnie dla dolnej (WJPM

d

) i górnej części kolumny

(WJPM

g

), z wykorzystaniem pojęcia Liczby Jednostek Przenikania Masy (LJPM) ,

określanej oddzielnie dla dolnej (LJPM

d

) i górnej (LJPM

g

) części kolumny rektyfikacyjnej.

Wówczas:

H = WJPM d LJPM d + WJPM g LJPM g

(57)

Teoria półek teoretycznych może zostad przeniesiona do warunków kolumn wypełnionych wypełnieniem „kształtowym”, albo „pakietowym”. Wówczas wyznacza się wysokośd wypełnienia kolumny (H ), określaną jako iloczyn Wysokości Równoważnej Półce Teoretycznej (WRPT ) (H ) (HETP – High Equivalent of Theoretical Plate ) oraz

liczby półek teoretycznych ( N ), oddzielnie - dla dolnej i górnej części kolumny rektyfikacyjnej.

h kol = h d + h g

W przypadku operacji jednostkowych różnego tupu, w tym - rektyfikacji, realizowanych w kolumnach wypełnionych, za adekwatne jest uważane obliczanie liczby jednostek wnikania masy po stronie cieczy ( NJWM

L

) oraz po stronie pary ( NJWM

G

).

Kolejno, należy wyznaczyd wartości wysokości jednostki wnikania masy po stronie cieczy (WJWM

L

) i po stronie pary oraz wysokości jednostki przenikania masy (WJPM

G

) i kolejno – zależności tych wielkości od parametrów operacyjnych

(przede wszystkim od Re, temperatury, składu strumieni ).

Postępowanie takie jest zgodne z zasadami teorii Withmana – zapewnia możliwośd zaprojektowania koniecznej wysokości kolumny wypełnionej, jak również wysokości usytuowania w kolumnie punktu zasilania „surówką”

Bliższe informacje na ten temat można przestudiowad w specjalistycznej literaturze inżynierii chemicznej procesowej.

Najważniejsze zostały zamieszczone poniżej.

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(58)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

W tych obliczeniach wykorzystywane są podane tu zależności, oparte na teorii

Whitmana, z wykorzystaniem

symboliki stosowanej w

podręcznikach inżynierii

chemicznej procesowej i

bio-procesowej.

(59)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

(60)

INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

Obraz

Updating...

Cytaty

Powiązane tematy :