Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy

Transkrypt

1 Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy WPROWADZENIE + Destylacja - różniczkowa / równowagowa / z parą wodną prof. M. Kamioski Gdaosk, 2017 INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

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 Operacje jednostkowe uwzględnione nieco dokładniej / Operacje jednostkowe uwzględnione w sposób skrótowy w ramach Inżynierii Chemicznej i Bio-proces. ========================================================== Adsorpcja / desorpcja / chromatografia (TRM) Techniki membranowe membran stałych / ciekłych (TRM) Przedmiot wykładu - podstawy teoretyczne; zasady doboru optymalnych warunków i głównych parametrów operacyjnych; najważniejsze zastosowania; INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

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. W przypadku dostatecznie sprawnej kolumny - o wysokiej liczbie półek teoretycznych (N) / wysokiej liczbie jednostek przenikania masy (LJPM), możliwe jest otrzymanie destylatu bardzo wzbogaconego w wyżej lotny składnik mieszaniny wprowadzonej do układu w postaci surówki oraz cieczy wyczerpanej, bogatej w nisko lotny składnik mieszaniny. INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

4 Podstawy fizykochemii równowag destylacyjnych INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

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) bywa też stosowany, jednak znacznie rzadziej w opisie destylacji / rektyfikacji INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

6

7

8

9 β - lotnośd α lotnośd względna INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

10

11

12

13 dla roztworu regularnego INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

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. INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

21 Skład cieczy wyczerpanej (x w ) i destylatu (y D ) pozostaje stały, zależny od początkowego skład wsadu oraz stopnia oddestylowania INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

22 Ciągła destylacja różniczkowa z cyklicznym odbieraniem destylatu z jednego z dwóch odbieralników

23 Trójstopniowa destylacja różniczkowa ciągła -- możliwośd otrzymywania destylatu wzbogaconego w składnik lotny -- INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

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 INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

30

31

32

33 - rozdzielanie nisko lotnych niemieszalnych z wodą nisko i średnio polarnych składników mieszanin, np. olejów naturalnych INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

34 destylacyjne - do skraplacza wodna grzejna nasycona wodna przegrzana - destylująca w skali procesowej pary grzejnej do garnka kondensacyjnego INŻYNIERIA CHEMICZNA i BIO-PROCESOWA

35

36

37

38

39

40

41

42