8_1 ptm_fractionare binar partea 1

1Capitolul 8

FracFracionareaionareaamestecuriloramestecurilor

binarebinare

2Figura 8.1

30 1

t

tf2

tf1

x, y

P = const.

y1y2y3x1

t1

t2

t3

x2x3 x0

CPF

CPR

Figura 8.2

4Coloana de fracionare

Arta distilrii

Istoric

romani

distilarea buturilor -

latin Rectificare -

recte facere

(mbuntire)

Distilare

destillare

Consum energetic enorm

consumul energetic al tuturor fracionrilor este 3% din consumul total de energie al SUA.

5Alimentare

Vapori

RefluxDistilat

Produs de baza

Refierbatorpartial

CondensatorVas reflux

Figura 8.3

6F

V

L

D

BL

V

Figura 8.4

7Figura 8.5 a Configuraie talere cu clopote/clopoei

8Figura 8.5 b Configuraie talere cu deversor

9Figura 8.5 c Configuraie taler cu orificii

10Figura 8.5 d Configuraie taler cu supape

11

Tipuri de coloane de fracionare precis (1/3)

F1F2

V

L

D

BL

V

F

V

L

D

BL

V

Coloan

clasic

Coloan cu dou alimentriFigura 8.6

12


Coloan

cu mai multe produse

Coloan cu dou alimentri laterale

i dou produse laterale

F

V

L

D2

D1

B1

B2

L

V

V

L

D2

D1

B1

B2

L

V

F1F2

Figura 8.7

13


Coloan

numai cu zon

Coloan numai cu zon de stripare de rectificare

F

V

B

V

F

V

L

D

B

Figura 8.8

14

Tipuri de condensare (1/3)

Condensare total

Produs de vrf numai n faz vapori

V

L

D, xd

V

LD,yd

Figura 8.9

15


Condensare parial cu produs de vrf n faz vapori i lichid

V

LD ,yV Vd

D,xd

D ,xL Ld

Figura 8.10

16Condensator

montat direct n vrful coloanei


Figura 8.10 bis

17

Tipuri de refierbtoare

(1/5)

Refierbtor cu spaiu de vapori (Kettle reboiler)

Figura 8.11

18

Tipuri de refierbtoare (2/5)

Refierbtor cu circulaie forat

Figura 8.12

19


Refierbtor termosifon orizontal

Figura 8.13

20


Refierbtor termosifon vertical

Figura 8.14

21


Refierbtor montat direct n baza coloanei

Figura 8.15

22

Clasificarea metodelor de calcul

Calculul nlimii

Calculul diametrului

Parametri de lucru:-

presiuni;

-

temperaturi;- raie reflux;-

sarcini termice condensator i refierbtor.

23

Calculul nlimii

Conceptul de unitate de transfer

Conceptul de taler teoretic/echilibru

Noiunea de eficacitate

Numrul real de talere

Determinarea numrului de talere teoreticePentru coloan cu talere:

Pentru coloane cu umplutur:m

tr E

NN

IETTNI tu

tN

(8.1)

(8.2)

24

Metode de calcul

Metode simplificateMetode riguroase

Metode graficeMetode analitice

25

Factorii care influeneaz proiectarea i analiza procesului de fracionare a amestecurilor binare

Alimentare:- debit;-

compoziie;

- temperatur;-

presiune;

-

condiie termic (q)

Gradul de separare dorit ntre cei doi componeni;

Presiunea de operare (obligatoriu sub presiunea critic a amestecului);

26

Raia minim de reflux;

Raia real de reflux;

Numrul real de talere

Numrul de talere teoretice/echilibre;

Numrul minim de talere teoretice/echilibre;

Tipul de condensare:- total;- parial.

Gradul de subrcire (dac exist) al refluxului;

27

Tipul de refierbtor:- parial;-

total.

Modul de realizare a contactrii (talere, umpluturi sau umpluturi structurate);

Inlimea coloanei;

Localizarea talerului de alimentare;

Diametrul coloanei.

28

Precizri:

dac fracia de vapori n alimentare crete:- crete raia de reflux (L/D) necesar;- scade raia de stripare (V/B) necesar.

presiunea pe coloan trebuie stabilit n funcie de temperatura distilatului care trebuie s fie mai mare cu 6

8C dect temperatura apei de rcire (ap recirculat de obicei, cu temperatur minim de 28C);

dac acest lucru nu este posibil se utlizeaz diferii ageni de rcire (ap de pu, sole, ageni frigorifici de diferite nivele termice);

29

dac presiunea rezultat este sub presiunea atmosferic, se lucreaz adesea la o presiune ceva mai mare dect presiunea atmosferic (1.2

1.3 bar n condensator) pentru evitarea operrii sub vacuum, dar limitat la cazurile n care temperatura la baz crete peste temperatura limit (descompunere, polimerizare, coroziune excesiv, diferite reacii); n acest caz operarea sub vacuum este necesar;

pentru (1) alimentare dat, (2) grad de separare impus i (3) presiune de operare, exist o raie minim de reflux care corespunde unui numr infinit de talere teoretice/echilibre;

un numr minim de talere teoretice/echilibre exist pentru o raie infinit de reflux;

Concluzie: o variant de proiectare uzual este definit de:

- un numr de talere teoretice/echilibre;- raie de reflux.

30

L, x1

V, y1

L, x3

F, x0F

L, xf+1

L, xn-1L, xn

V, y2V, y3

V, yf-1V, yfV, yf+1

V, yn-1

1

0

2

f-1

n-1

n

D, xD

B, xB

V, yn

L, xn

n+1 (B)

L, x =0 xD

3

L, xf-1 f

L, x2

L, xf f+1

V, y1

V, yB

III

III

IV

V

Configuraia unei coloanede fracionare precis:

- coloan- anexe- talere- fluxuri- contururi de bilan

Figura 8.16

31

Metoda graficMetoda grafic McCabe McCabe--Thiele (1925)Thiele (1925) pentru pentru determinarea numrului de talere teoretice determinarea numrului de talere teoretice n n

fracfracionarea amestecurilor binareionarea amestecurilor binare

F,x0F

V

L D, xD

B, xBL

V

1

f

n

Zona derectificare

Zona destripare

Coloana const din:

un numr n

de talere teoretice aranjate n dou secii

(1) rectificare i(2) stripare;

un condensator total

un refierbtor parial.Figura 8.17

32

Alimentarea (debit molar F) compus din -

componentul mai volatil/uor (cheie uor, CU) i din

-

componentul mai puin volatil/greu (cheie greu, CG) este introdus pe talerul f.

Compoziia alimentrii este de x0F , exprimat ca fracia molar a componentului mai volatil, poate fi, la presiunea talerului de alimentare (1) lichid, (2) vapori sau (3) amestec lichid-vapori.

33

Compoziia distilatului, exprimat ca fracia molar a componentului mai volatil, este xD .

Compoziia produsului de baz, exprimat ca fracia molar a componentului mai volatil, este xB .

Compoziiile corespunztoare ale componentului mai greu sunt (1) 1-x0F pentru alimentare, (2) 1-xD pentru distilat i (3) 1-xB pentru produsul de baz.

34

Scopul fracionrii este s produc din alimentare un distilat mai bogat n componentul mai volatil (CU), notat de aici cu 1, componentul mai puin volatil (CG), notat de aici cu 2, s se concentreze n produsul de baz.

Uurina separrii este dat de volatilitatea relativ .

2/1/B

B

A

A

B

ABA

xyxy

KK

2

1

2

1

2

12/1 P

P

PPPP

KK Pentru amestecuri ideale

11

x

xy

(8.3)

(8.4)

(8.5)

35

Date de intrareNotaie Semnificaie

F Debit molar total al alimentrii

Compoziia alimentrii (fracie molar component 1)

Presiunea pe coloan (constant pe coloan)

Condiia termic a alimentrii (la presiunea colaonei)

Curba de echilibru lichid

vapori

Tip de condensator

Tip de refierbtor

Compoziia distilatului i a produsului de baz sau/i

Gradele de recuperare ale componenilor

Coeficient de reflux

F

Fx0

Pq

Dx Bx

minRRc

21,

36

Rezultate

Notaie Semnificaie

Debit molar de distilat

Debit molar de produs de baz

Numr minim de talere teoretice

Raie minim de reflux

Raie real de reflux

Raie real de stripare

Numr de talere teoretice

Localizarea optim a talerului de alimentare

Compoziii lichid i vapori pe fiecare taler

DB

minNminR

DLR /BVVB /

'Noptf

Capitolul 8Slide Number 2Slide Number 3Coloana de fracionareSlide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Tipuri de coloane de fracionare precis (1/3)Tipuri de coloane de fracionare precis (2/3)Tipuri de coloane de fracionare precis (3/3)Tipuri de condensare (1/3)Tipuri de condensare (2/3)Tipuri de condensare (3/3)Tipuri de refierbtoare (1/5)Tipuri de refierbtoare (2/5)Tipuri de refierbtoare (3/5)Tipuri de refierbtoare (4/5)Slide Number 21Clasificarea metodelor de calculSlide Number 23Metode de calculFactorii care influeneaz proiectarea i analiza procesului de fracionare a amestecurilor binareSlide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Metoda grafic McCabe-Thiele (1925) pentru determinarea numrului de talere teoretice n fracionarea amestecurilor binareSlide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36

8_1 ptm_fractionare binar partea 1

Documents