Галактионова Н.А. Промышленная экология - файл n1.doc

приобрести
Галактионова Н.А. Промышленная экология
скачать (1064 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1064kb.24.08.2012 05:13скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13

Реактор



Разделительная аппаратура

Исходное

сырье

Реакцион-

ная смесь

Продукты реакции

Рис. 4.26. Связь реактора с разделительной аппаратурой



Ректификация — разделение жидкой смеси на чистые или обогащенные составляющие в результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости. Процесс имеет большое значение в тех производствах, где необходимо частичное или полное разделение жидких однородных смесей на чистые компоненты или их группы. Очевидно, в этом процессе имеет место переход вещества из жидкой фазы в паровую, и наоборот.

Адсорбция — избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердым поглотителем — адсорбентом, способным поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Процесс используется во многих производствах, где из смеси газов, паров или растворенных веществ необходимо извлечение того или другого вещества. В этом процессе вещества переходят из газовой и. жидкой фаз в твердую.

Сушка — удаление влаги из твердых влажных материалов путем испарения. Процесс имеет большое значение во многих производствах, где влажные природные вещества до их переработки должны предварительно обезвожены или должен быть обезвожен готовый продукт, получающийся в последней стадии производства. Нетрудно видеть, что в этом процессе имеет место переход влаги .твердого влажного материала в паровую или газовую фазу.

Из приведенной краткой характеристики следует, что для всех перечисленных процессов общим является переход вещества из одной фазы в другую, или массопередача. Переход вещества из одной фазы в другую связан с явлениями конвективного переноса и молекулярной диффузии, поэтому перечисленные выше процессы получили название массообменных или диффузионных процессов. Массопередачей называют переход вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия.

В массообмене участвуют как минимум три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу, распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую (рис. 4.27).

Назовем первую фазу G, вторую L, а распределяемое вещество M. Поскольку все рассматриваемые массообменные процессы обратимы, распределяемое вещество может переходить из фазы G в фазу L и наоборот, в зависимости от концентрации этого вещества в распределяющих фазах.



Рис. 4.27. Схема массобмена

G – распределяющее вещество 1-ой фазы; L - распределяющее вещество 2-ой фазы;

М – распределяемое вещество; Х (Y) – концентрация распределяемого вещества в фазе .L (G); Xp (Yp) – равновесная концентрация распределяемого вещества в фазе L (G)
Допустим, что распределяемое вещество находится вначале только в фазе G и имеет концентрацию Y. В фазе L в начальный момент распределяемого вещества нет и, следовательно, концентрация его в этой фазе X = 0.

Если распределяющие фазы привести в соприкосновение, начнется переход распределяемого вещества из фазы G в фазу L и в последней обнаружится определенная концентрация распределяемого вещества X > 0. С момента появления вещества М в фазе L начинается и обратный переход его в фазу G, но до некоторого момента число частиц М, переходящих в единицу времени через единицу поверхности соприкосновения из фазы G в фазу L, больше, чем число частиц, переходящих из фазы L в фазу G; конечным итогом процесса является переход М из фазы G в фазу L.

Через определенный промежуток времени скорости перехода распределяемого вещества из фазы G в фазу L и обратно становятся одинаковыми. Такое состояние называется равновесным. В состоянии равновесия в каждом конкретном случае существует строго определенная зависимость между концентрациями распределяемого вещества, которые при равновесии системы называются равновесными, а достигнутые концентрации – равновесными.
Очевидно, что любой концентрации X соответствует равновесная концентрация Yp, и наоборот, любой концентрации Y соответствует равновесная концентрация Хр, т.е.

Хр, = f1(Y)

или Yp, = f2(Х)

Приведенные выше функциональные зависимости определяются в каждом случае особо, чему посвящен целый ряд специальной литературы по процессам и аппаратам.

Знание равновесных концентраций позволяет выяснить направление течения процесса, которое определяется стремлением к равновесию. Если Y >. Yp, и, следовательно, X < Хр, распределяемое вещество М будет переходить из фазы G в фазу L. При условии Y <. Yp (X > Хр) распределяемое вещество будет переходить из фазы L в фазу G.

Так как концентрация пропорциональна числу частиц, то, следовательно, скорость перехода распределяемого вещества из одной фазы в другую пропорциональна разности между фактической концентрацией распределяемого вещества в данной фазе и равновесной концентрацией. Таким образом, движущей силой массообменных процессов являются разности концентраций (YYp) и (XXp).

4.6.1. Абсорбция

Абсорбция — поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Этот процесс является избирательным и обратимым, что дает возможность применять его не только с целью получения растворов газов в жидкостях, но также и для разделения газовых или паровых смесей.

В последнем случае после избирательной абсорбции одного или нескольких компонентов из газовой или паровой смеси проводят десорбцию — выделение этих компонентов из жидкости — и таким образом осуществляют разделение. Регенерированный абсорбент вновь возвращается на абсорбцию (круговой процесс).

К факторам, улучшающим условия абсорбции, относятся повышенное давление и пониженная температура, а к факторам способствующим десорбции, пониженное давление и повышенная температура и прибавление к абсорбенту добавок, уменьшающих растворимость газов в жидкостях.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией. При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию в жидкой фазе.

Примерами использования процессов абсорбции в технике могут служить разделение углеводородных газов на нефтеперерабатывающих установках, получение соляной кислоты, получение аммиачной воды, очистка отходящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживание газосбросов и другие.

Аппаратурно-технологическое оформление процессов сравнительно просто, поэтому процессы абсорбции широко используются в технике.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АБСОРБЦИИ

В химической технике используют следующие принципиальные семы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

Прямоточная схема взаимодействия веществ в процессе абсорбции показана рис. 4.28, а. В этом случае потоки газа и абсорбента движутся параллельно друг другу; при этом газ с большей концентрацией распределяемого вещества приводится в контакт с жидкостью, имеющей меньшую концентрацию распределяемого вещества, а газ с меньшей концентрацией взаимодействует на выходе из аппарата с жидкостью, имеющей большую концентрацию распределяемого вещества.


Газ Газ


а
Абсорбент Абсорбент


б

Рис. 4.28. Прямоточная и противоточная схемы абсорбции

Противоточная схема показана на рис. 4.28, б. По этой схеме в одном конце аппарата приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределенного вещества, а в противоположном конце – меньшие.

Схемы с рециркуляцией предусматривают многократный возврат либо жидкости, либо газа.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать прямой ток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа. Большое практическое значение имеет многоступенчатая противоточная схема с рециркуляцией жидкости в каждой ступени.

Сопоставим рассмотренные схемы абсорбции, имея в виду следующие показатели процесса: удельный расход абсорбента и движущую силу процесса.

Принимая без доказательств, которые приведены в различной специальной литературе [1, 3], отметим, что противоточный процесс обеспечивает большую конечную концентрацию поглощаемого газа в абсорбенте, а вместе с этим и меньший расход абсорбента; движущая сила при противотоке меньше, поэтому при прочих равных условиях необходимы большие размеры аппарата. Указанное соотношение носит общий характер и его можно формулировать так: изменение рабочих концентраций, приводящее к уменьшению расхода абсорбента, требует увеличения габаритов аппарата, и наоборот.

4.6.2. Ректификация

Ректификация — разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

Этот процесс имеет большое значение в химической технике. В качестве примеров достаточно указать на разделение природных углеводородов нефти и синтетических углеводородов с целью получения моторных топлив, на выделение индивидуальных газов из их смесей путем предварительного ожижения и последующей ректификации жидкой смеси (разделение воздуха методом глубокого охлаждения).

Возможность разделения жидкой смеси на составляющие ее компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости. Известные равновесные данные для конкретной смеси позволяют проанализировать возможность разделения этой смеси, найти предельные концентрации разделения и рассчитать движущую силу процесса.

ПРИНЦИП РЕКТИФИКАЦИИ

Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси. При ректификации (рис. 4.29) исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом, — дистиллят, и часть, обедненную легколетучим компонентом — остаток.

Обозначим: Gfколичество смеси, поступающей на ректификацию; Gрколичество поступающего дистиллята ; GWколичество получающегося остатка в; Xf;, Xр, XWсодержание легколетучего компонента соответственно в исходной смеси, в дистилляте и в остатке.

При принятых обозначениях схема ректификации будет иметь, представленный на рис. 4.29.

Исходная смесь

Gf, Xf

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13


Реактор
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации