Понятие «флегмовое число» в процессах ректификации бинарных смесей. Влияние флегмового числа на затраты тепла в кубе колонны, на разделяющую способность колонны.

Ответ: Флегмовое число (R) представляет собой количество кмоль флегмы, возвращаемой в колонну в расчете на один кмоль отводимого дистиллята. Положение рабочей линии укрепляющей части колонны определяется R и составом дистиллята Х2. С ростом R рабочая линия располагается ближе к диагонали, в результате уменьшается число теоретических тарелок, необходимое для достижения заданной степени разделения в укрепляющей части колонны. Одновременно при постоянном потоке отбираемого верхнего продукта П (дистиллята) с ростом R увеличиваются потоки (затраты) теплоты в кубе и конденсаторе колонны: рост R при постоянном П означает увеличение потока флегмы L. Поэтому с повышением R возрастают расходы теплоносителя в кипятильнике и охлаждающего агента –в конденсаторе. Рабочее флегмовое число, при котором может работать колонна, находится в пределах Rmin <R ≤R=∞.

Назначение отгонной части ректификационной колонны непрерывного действия, используемой при разделении бинарных смесей?

Ответ: Заключается в повышении концентрации высококипящего компонента.

24. Укажите, какой из массообменных процессов проводится с наибольшими энергетическими затратами: а) абсорбция, б) ректификация, в) экстракция, г) кристаллизация. Обоснуйте правильность выбранного ответа.

Ответ: Абсорбция – процесс избирательного извлечения одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Растворимость газов в жидкости с ростом температуры уменьшается, поэтому процесс проводится без подвода тепла извне.

Ректификацией называется процесс переноса компонента (компонентов) между кипящей жидкой и насыщенной конденсированной паровой фазами при противотоке этих фаз. В ректификационную колонну необходимо подавать нагретую до температуры кипения смесь и подогревать смесь в отгонной части колонны. Таким образом, процесс ректификации требует очень больших энергетических затрат, связанных с нагревом смеси и переводом НКК из жидкого в газообразное состояние.

Экстракция (жидкостная) – это избирательное извлечение компонента (компонентов) из жидкой смеси с помощью жидкого растворителя. Экстракция проводится при невысоких температурах, без подвода тепла из вне.

Кристаллизация представляет собой процесс образования кристаллической фазы из расплавов, растворов и газовой фазы. Основной расход тепла в процессе кристаллизации связан с нагревом смеси при растворении исходной твердой фазы. Однако данный процесс протекает без изменения агрегатного состояния растворителя.

Таким образом можно сделать вывод, что процесс ректификации является наиболее энергоемким из рассмотренных массобменных процессов.

Какое минимальное количество колонн необходимо использовать при разделении трехкомпонентных зеотропных смесей непрерывной ректификацией для получения чистых компонентов? Представьте возможные схемы разделения и поясните их преимущества и недостатки.

Ответ: Непрерывная ректификация многокомпонентных смесей осуществляется в установках, состоящих из ряда ректификационных колонн непрерывного действия, соединение которых в общую схему может быть различным. Каждая из колонн разделяет поступающую на нее смесь на два продукта – дистиллят и кубовый остаток. Поэтому при наличии трех компонентов в смеси разделение их в одной колонне невозможно. В этом случае нужны две колонны, причем их работа может быть организована в двух вариантах:

1. Кубовый остаток – бинарная смесь.

Смесь из трех компонентов А, В, С разделяется в первой колонне на дистиллят (компонент А требуемой чистоты) и кубовый остаток, состоящий преимущественно из компонентов В и С. Эту бинарную смесь разделяют во второй колонне на В (дистиллят) и С (кубовая жидкость). Кипящая кубовая жидкость из первой колонны во вторую подается насосом.

1. Дистиллят – бинарная смесь.

Дистиллятом первой колонны является концентрированная смесь двух компонентов (А и В), а кубовый остаток содержит преимущественно компонент С. Бинарная смесь А+В самотеком направляется во вторую колонну, где разделяется на А и В.

Отсутствие насоса для перекачивания кипящей жидкости как будто делает вариант (2) более привлекательным, чем (1). Однако (2) характеризуется повышенным расходом флегмы по сравнению с (1), где расход флегмы определяется возвратом на орошение лишь одного компонента А. Поэтому для варианта (2) характерны более высокие расходы теплоносителей и увеличенные теплообменные поверхности кипятильника и конденсатора. Оценки показывают, что вариант (2) по энергетическим затратам становится равноценным (1), если конденсатор первой колонны по схеме (2) использовать в качестве дефлегматора.

26. При проведении процесса разделения смесей жидкостной экстракцией наибольшую эффективность достигают:

а) однократной экстракцией,

б) порционной (перекрестной) экстракцией,

в) противоточной непрерывной экстракцией,

г) прямоточной непрерывной экстракцией.