Destilace

Výpočtový ý seminář z Procesního inženýrství podzim 2007 Destilace 18.9.2008 1

Tématické okruhy destilace - základní pojmy rovnováha kapalina - pára jednostupňová destilace rektifikace 18.9.2008 2

Destilace základní pojmy rozdělení kapalných složek, které mají při stejné teplotě různé tenze par, (při stejném tlaku různé body varu) druhy destilací vsádková kontinuální jednostupňová rektifikace - vícestupňová 18.9.2008 3

Destilace jednostupňová pokus: A=nejtěkavější složka směs přiveden k varu při teplotě T v odcházející páry mají jinou koncentraci složek než kapalná fáze vztah mezi složením kapalné a plynné fáze je dán fázovou rovnováhou 18.9.2008 4

Rovnováha kapalina pára grafické vyjádření: vynesení naměřených rovnovážných bodů x A, y A, T v, p do grafu závislost T=f(x A, y A ), p=konst. A více těkavá složka. B méně těkavá složka. TK teplota kondenzace TV teplota varu 18.9.2008 5

Rovnováha kapalina pára grafické vyjádření: vynesení naměřených rovnovážných bodů x A, y A, T v, p do grafu závislost T=f(x A, y A ), p=konst. A více těkavá složka. B méně těkavá složka. TK teplota kondenzace TV teplota varu 18.9.2008 6

Azeotropická směs Azeotrop: kapalná i parní fáze mají stejné složení příklady: 18.9.2008 7

Rovnováha kapalina pára přenos hmoty mezi fázemi: koncentrační gradient transportované složky při rovnováze nulový tok hmoty 18.9.2008 8

Rovnováha kapalina pára 18.9.2008 9

Rovnovážný poměr rozdělovací koeficient (rovnovážný poměr) Daltonův zákon Raoultův zákon 18.9.2008 10

Relativní těkavost t 18.9.2008 11

Rovnovážná á destilace 18.9.2008 12

Diferenciální iál destilace 18.9.2008 13

Rektifikace 18.9.2008 14

Rektifikační č kolony patrová kolona náplňová kolona 18.9.2008 15

Rovnovážné patro 18.9.2008 16

Látková á bilance - 1. patro 18.9.2008 17

Látková á bilance -nástřikové patro 18.9.2008 20

Látková á bilance vařáku 18.9.2008 21

Rektifikace 18.9.2008 22

Rovnice pracovních čar kolony 18.9.2008 23

Refluxní poměrě 18.9.2008 24

Speciální rektifikace Reaktivní destilace použití: např. výroba MTBE výhody + potlačení nežádoucích reakcí + vysoká selektivita k produktu + u exortemních reakcí využití reakčního tepla ve vařáku nevýhody - nákladné ukládání katalyzátoru - teplota pro vyšší rychlosti reakce obvykle není vhodná pro destilaci -relativně ě vysoká tlaková ztráta v reaktivní zóně ě - složitý design, kvůli kombinaci reakce a destilace 18.9.2008 25

Speciální rektifikace Extraktivní destilace použití: dělení látek s blízkým bodem varu (celulosa + lignin) výhody + dělení látek, které obyčejnou destilací rozdělit nelze nevýhody - v porovnání s nástřikem je potřeba velkého množství rozpouštědla - vysoká spotřeba energie, nutná ke kondenzaci a varu všech rozpouštědel 18.9.2008 26

Speciální rektifikace Pressure Swing destilace použití: např. dělení azeotropu ethanol - voda výhody + dělení azeotropních směsí + při různých tlacích se některé azeotropy nevytvářejí nevýhody -vysoké energetické a finanční náklady -velká zařízení (i několik kolon) - vysoký reflux 18.9.2008 27

Speciální rektifikace Homogenní azeotropická destilace použití: dělení azeotropických směsí pomocí dalších azeotropů výhody + dělení azeotropních směsí nebo směsí s blízkými body varu nevýhody - obtížná simulace a návrh - vytváří 2 azeotropy pro oddělení jednoho 18.9.2008 28

Speciální rektifikace Heterogenní azeotropická destilace použití: dělení azeotropických směsí (ethanol - voda) výhody + dělení azeotropních směsí nebo směsí s blízkými body varu nevýhody - obtížná simulace a návrh - vysoké průtoky recyklu 18.9.2008 29

Speciální rektifikace Vakuová destilace Chemoprojekt použití: dělení ropy lehké uhlovodíky od těžkých snížení tlaku vede k varu při nižších teplotách, nedochází k degradaci výhody + provoz při nízkých teplotách + úspory při dělení vysoko vroucích materiálů +nedochází k tepelné degradaci nevýhody - vysoké náklady na vakuum - ztráty energie a tlaku při poškození -velké průměry kolon pro efektivní proces 18.9.2008 30

Speciální rektifikace 18.9.2008 31

Speciální rektifikace Kryogenní destilace použití: dělení plynů např. vzduchu výhody + nejefektivnější pro výrobu čistého O2 + produkty mohou byt kapalné i plynné + kapalné plyny se lépe přepravují nevýhody - neefektivní skladování při nízkých T - vysoké náklady na podchlazení plynů - nutné speciální vybavení: kryogenní pumpy, ventily, Air Products 18.9.2008 32

Úloha U19-2 Zadání: Surovina o složení 32 hmotn% benzenu a 68 hmotn% toluenu se má dělit rovnovážnou destilací při teplotě 70 C tak, aby se surovina rozdělila na 60 hmotn% parní a 40 hmotn% kapalné fáze. Určete složení těchto fází. Výsledek: 18.9.2008 33

Úloha U19-3 Zadání: Při rovnovážné destilaci za normálního tlaku směsi obsahující 45 hmotn% ethanolu a 55 hmotn% butanolu se nastřikuje 1 kg s -1 směsi a získává se 0,43 kg s -1 destilátu. Určete složení destilátu a zbytku a teplotu destilace. Výsledek: 18.9.2008 34