Вправа Вплив термодинамічного тиску
Вплив тиску
Питання
40% суміш метанол/вода відганяють за допомогою мольної частки [1] метанолу з отриманням 98% чистого метанолу вгорі та 97% чистої води внизу. Швидкість дефлегмації [2] встановлена на рівні 1,5. Вивчіть вплив тиску на кількість поверхів.
Індекс
Достатньо змінювати тиск, наприклад, від 0,1 до 20 бар.
Рішення
Отримані наступні результати (із загальним конденсатором та ККД пластин, рівним одиниці та подачею у стані насиченої рідини):
Видно, що чим вище тиск колони, тим більшою стає кількість ступенів, необхідних для поділу. Це суто термодинамічний ефект: коли тиск зростає, крива рівноваги наближається до першої бісектриси.
Взагалі кажучи (але можуть бути і винятки), можна помітити, що селективність рівноважних парів рідина погіршується (наближається до одиниці) із збільшенням тиску.
Питання
Зараз метою є отримання 90% чистого етанолу молярною фракцією [1] із 15% суміші; для забезпечення хорошого відновлення очищеного етанолу необхідна мольна частка в залишку 1%.
Визначте стовпець, щоб зробити це відокремлення.
Під атмосферним тиском суміш бінарного етанолу (A) - води (B) виявляє азеотроп зі складом \ (x_A = y_A = 0,895 \) і при температурі 351,2K.
Індекс
Дистиляція при атмосферному тиску неможлива, оскільки потрібно було б "перетнути" азеотроп. Ви можете змінити тиск у колонці, щоб "перемістити" азеотроп.
Рішення
Для поліпшення селективності рівноваг можна зменшити тиск. Наприклад, при тиску 0,3 бар є мінімальний дефлегматор [3] 2,3 (припускаючи ефективність пластини 1 для подачі насиченої рідини). При швидкості дефлегмації [2] 2,76 потрібно 39 етапів (включаючи загальний конденсатор) із навантаженням на 37-му .
Таким чином, дистиляція при зниженому тиску дозволяє проводити сепарації, які були б неможливі при атмосферному тиску, зокрема через наявність азеотропа. Однак слід зазначити, що проведення дистиляції нашої суміші при зниженому тиску не дозволить отримати чистий етанол: азеотроп все ще існує під тиском 0,3 бар, але для \ (x_A = y_A = 0,933 \) .
Робота під дуже зниженим тиском також є особливо складною, з одного боку, з технологічних причин, пов'язаних з підтримкою часткового вакууму (вакуумні насоси) і з дуже великими об'ємними витратами пари всередині колони, що створює великий діаметр., Але ще й тому, що температура конденсатора знижена: тому необхідно мати рідину з нижчою температурою, ніж температура конденсатора, щоб мати можливість евакуювати тепло конденсації. (Таким чином, при тиску 0,01 бар температура конденсатора становила б -7 ° C)