Пожарная опасность и противопожарная защита процессов механической обработки и переработки твердых горючих веществ и материалов - файл

приобрести
скачать (202.4 kb.)



225
Глава 17

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ И ПРОТИВОПОЖАРНАЯ ЗАЩИТА ПРОЦЕССОВ
РЕКТИФИКАЦИИ ПОЖАРООПАСНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
17.1. Процессы ректификации и оборудование для их проведения
Процессы ректификации смесей жидкостей на составляющие их компоненты или отдельные фракции широко распространены в современной технологии. В качестве примеров достаточно указать на перегонку нефти с целью получения моторных топлив и смазочных масел, на выделение индивидуальных газов из их предварительно сжиженных смесей. Подавляющее большинство ЛВЖ и ГЖ (этиловый спирт, ацетон, уксусная кислота, бензол и многие другие продукты) получаются с использованием процессов ректификации. В природе существуют жидкости взаимно растворимые друг в друге, ограниченно растворимые и нерастворимые. Процессы перегонки и рек-
тификации используются для разделения смесей жидкостей (часто называемых растворами) взаимно растворимых друг в друге. Рассмотрим поведение бинарной (состоящей из двух компонентов А и
В) идеальной смеси, нагретой до кипения в условиях постоянной температуры и давления. Через определенное время система, состоящая из жидкости и пара, придет в состояние равновесия. Потоки компонентов А и В из жидкой фазы в паровую фазу и обратно будут одинаковы. Но при этом состав пара будет отличаться от состава жидкости. Причина этого явления кроется в том, что компоненты этого раствора имеют различную температуру кипения и, следовательно, интенсивность их испарения и упругость насыщенных паров у них будет разная. Это важное свойство растворов положено в основу их разделения в процессе ректификации. Чтобы подтвердить это приведем следующие аргументы. Для этого введем обозначения
- компонент А имеет меньшую температуру кипения t
кА
и называется
низкокипящим (НК), или легколетучим компонентом
- компонент В имеет большую температуру кипения t
кВ
и называется
высококипящим (ВК), или труднолетучим компонентом. Давление насыщенных паров чистых компонентов А и В приданной температуре кипения смеси t
кип соответственно обозначим P
А
и P
В
. Таким образом, t
кА
< t
кВ
, а P
А
> P
В
. Воспользуемся законами Рауля и Дальтона, которым подчиняются идеальные растворы в равновесном состоянии. Согласно закону Рауля
А
А
А
x
P
p

, откуда
А
А
А
P
p
x
/



226 Согласно закону Дальтона:
А
А
y
P
p
общ

, откуда общ P
p
y
А
А

, где
В
А
p
p
P


общ
; p
А
и р
В
– парциальные давления компонентов А и В, соответственно х
А
и у
А
– молярные доли (доли моля) компонента А в растворе ив паровой фазе, соответственно. Видно, что полученные отношения х
А
и у
А
отличаются только знаменателями. Сравнивая знаменатели, можно сделать вывод о том, что в этих уравнениях х
А
< у
А
. Следовательно, в паровой фазе содержится больше НК, чем в жидкой фазе, так как всегда сумма парциальных давлений компонентов А и В меньше давления насыщенных паров чистого НК компонента А при одинаковых условиях. Это положение сформулировано в первом законе Коновалова: пар обогащается тем компонентом, прибавление которого к жидкости повышает давление пара над ней или понижает температуру ее кипения. Нагреем жидкость исходного состава x
А1
по НК компоненту до температуры кипения
t
1
(рис. 17.1). Образующийся при этом пар будет содержать
y
А1
долей НК компонента. Отведем этот пари проведем полную его конденсацию при температуре t
к
. В получившейся жидкости будет содержаться x
А2
долей НК компонента
(x
А2
= y
А1
). Из графика хорошо видно, что x
А2
> x
А1
, те. полученный конденсат обогатился низкокипящим компонентом. В кипящем остатке содержание НК компонента уменьшилось, так как он обогатился высококипящим компонентом
(ВК), а температура кипения остатка повысилась, например, до температуры. При этой температуре содержание НК компонента в остатке будет равно x
А3
, а в паровой фазе – y
А2
. Собрав полученный конденсат, получим жидкость – дистиллят, выкипающий в интервале температур t
1
t
2
, содержание НК компонента в котором больше чем в исходной смеси (фракция
t
1
t
2
).
t
1
t
2
t
к
t
кВ
t, о
С
x
А3
x
А1
x
А4
x
А2
x
А
, y
А
y
А2

y
А1

t
кА
Рис. 17.1. Изображение процесса простой перегонки на диаграмме t – x – y


227 Процесс частичного испарения исходной смеси и полной конденсации образующихся паров называется простой перегонкой. Как ив предыдущем случае, нагреем жидкость исходного состава x
А1
по НК компоненту до температуры кипения t
1
(рис. 17.2). Образующийся пар, содержащий y
А1
долей НК компонента, будем охлаждать, ноне до температуры t
к
, когда происходит его полная конденсация, а до температуры t
2
(точка a). При этом образуется двухфазная система дистиллят состава x
А2
и несконденсиро- вавшийся пар состава y
А2
. Содержание НК компонента в них будет различно, причем
y
А2
> x
А2
> x
А1
. По мере выкипания исходной смеси содержание НК компонента в ней уменьшается, а температура кипения смеси растет. Но, как видно из диаграммы, при частичной конденсации при температуре t
2
состав пара не изменяется до тех пор, пока температура остатка не превысит значения t
3
. Это состояние системы будет соответствовать составу остатка по НК x
А4
, а пара – y
А3
Таким образом, процесс неполной конденсации, также как и процесс частичного испарения, приводит к обогащению пара низкокипящим компонентом, причем концентрация НК компонента в отобранном дистилляте
x
А3
= y
А2
будет значительно выше, чем при проведении процесса частичного испарения при прочих равных условиях. Такой процесс частичного испарения исходной смеси и неполной конденсации образующихся паров называется процессом перегонки с дефлегмацией пара. Многократно чередуя процессы частичного испарения и неполной конденсации, можно получить достаточно чистый дистиллят (практически чистый НК компонент) и кубовый остаток, те. разделить смесь на компоненты. В этом и заключается сущность процесса ректификации. Процесс ректификации осуществляют в ректификационной колонне, в которой происходит многократное противоточное взаимодействие пара и кипящей жидкости, в результате чего исходная смесь разделяется на составляющие компоненты. Принципиальная схема ректификационной колонны показана на риск
t
кВ
t, о
С
x
А4
x
А1
x
А2
x
А3
x
А
, y
А
y
А3

y
А1

t
кА
Рис. 17.2. Изображение процесса перегонки с дефлегмацией пара на диаграмме t – x – y
t
3
y
А2



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