2 estilace a retifiace Hlaví cíle apitl: Ppsat destilaci a retifiaci splu s aparát, v icž se prvzují. lžit výpčet stupňvé prvedeí prcesu trasprtu mt, dž je utá bilace etalpie. Prbrat rvice destilace a retifiace tiuálí a vsádvé. Uázat mžsti úspr eergie. Pžadvaé zalsti: Materiálvá bilace a bilace etalpicá, aultův zá, relativí rvvážý pměr dvu slže. tét apitle budu ejprve prbrá zálad destilace a její uplatěí v průmslu. Pdbě ja v předešlé apitle bude ppis zaměře a její prvedeí v aparátec se stupňvým tatem fází a t ejprve při epřetržitém a pa při vsádvém prvzu. ýlad se týá převážě směsí dvu slže a bsauje zálad ppisu destilace slžitějšíc směsí. ále se prbírají metd destilace s přidáváím další slž zlepšující rzděleí půvdí směsi a způsb sižváí sptřeb eergie a destilaci. 2. Úvd estilace je metda děleí apalé směsi vužívající dlišsti slžeí apalé směsi a í rvvážé parí směsi. Slža, apř., jejíž rvvážý pměr má dtu větší ež rvvážý pměr jié slž téže směsi, apř., se azývá těavější ež slža. Těavější slža má bvle při stejém tlau meší tepltu varu. Při jedducé destilaci se apalia v ádbě udržuje při varu ddáváím eergie (tepelým příem, vziající pára se debíráím eergie (tepelým výem v dezátru zapalňuje a vzilá apalia má ázev destilát. Kapalia, terá zůstae v ádbě p částečém dpařeí survi, se azývá zbte. estilací se ted survia, běžě azývaá ástři, rzdělí a dva apalé prdut, z icž destilát bsauje větší a zbte meší pdíl těavějšíc slže ežli má ástři. Prces, při ěmž se ve svislém věžvém aparátu splu stýá stéající vrucí apalia a pára prudící pačým směrem (prtiprud bu fází, se azývá retifiace a je t velmi účiá metda děleí. etifiací je mžé rzdělit biárí směs a ta čisté slž ja je třeba, všem s rstucí čisttu prdutů rstu álad a výrbu. Prvádí se ja stupňvý prces eb ja prces se spjitým tatem fází. Přílad retifiačí aparátu je a br.2.. Je t scéma retifiačí zařízeí pr tiuálí prces. lastí děleí prbíá v retifiačí věži (lě, terá je zde stupňvá, a d teré se epřetržitě přivádí ástři. Může t být apalia, pára eb směs apali a pár. Prdutem retifiace je destilát, tvřeý těavějšími slžami a zbte, bsaující méě těavé slž. Nástři se běžě přivádí a ěteré vitří patr věže (ástřivé patr. e srváí se slžeím survi je pára dcázející z rí části věže bacea těavější slž, a v apaliě, dváděé z dlí části věže, je cetrace těavějšíc slže meší ež v surviě. Část věže ad přívdem ástřiu se azývá bacvací, dlí část včetě ástřivé patra je cuzvací. Na retifiačí věž je apje vařá, d ěž z věže přitéá apalia, jež se ddáváím eergie částečě dpařuje a vzilá pára se vrací d věže. Z vařáu se dále dvádí apalý zbte baceý méě těavými slžami. 6
Páru vstupující z věže zapalňuje dezátr. zilá apalia z ěj vtéá d aumulátru, v ěmž se utlumí prvzí výv, a apalia se rzděluje a dvě části. Jeda se vrací zpět d retifiačí věže ja zpětý t a druá se dvádí ja prduvaý destilát. etifiace se pvažuje se za ejrzšířeější dělicí prces, terý se uplatňuje v rpém průmslu, ve výrbác rgaicýc, argaicýc, ptraviářsýc a farmaceuticýc prdutů. Prlubeí zalstí tmt prcesu umžňují četé mgrafie. češtiě eistují starší přelad [4] a [20], z cizjazčýc jsu t apř. [2] a [6]. pára dezátr řátá vda věž zpětý t aumulátr bacvací část věže cladič destilátu cladicí vda ástři ástřivé patr destilát cuzvací část věže pára vařá tpá pára dezát apalia dlučvač dezátu cladič zbtu ástři zbte Obr. 2.. Scéma tiuálí retifiačí zařízeí Předstí retifiace je, že se děleé směsi ( surviě epřidává další láta (ja třeba etračí čiidl při etraci. Míst přívdu další lát se ddává eergie, teru se vtváří druá fáze. T všem zameá, že retifiace a destilace jsu prces árčé a sptřebu eergie. ěleí směsi se dsáe též pačým pcdem, částečým zapalěím parí směsi. zilá apalia pa bsauje větší pdíl méě těavýc slže a ve zblé páře je větší pdíl těavějšíc slže ež v půvdí směsi. tét apitle se mezujeme a výlad stupňvé 62
destilace a retifiace. Ppisu prcesů se spjitým tatem fází se budeme věvat až budu vlže zálad difuze. 2.2 Ustáleá jedstupňvá destilace Nejprve bude prbrá způsb prvedeí ustáleé jedstupňvé destilace (rvvážé destilace. udu vlže rvice děleí směsí s více ež dvěma slžami destilací v rvvážém stupi. Pdrběji bude prbírá ppis destilace směsí dvu slže. edle umericé bude prbrá i graficé řešeí a distribučím diagramu. ude ppsá prces ve vařáu i v dezátru. ýlad epřetržitě prvzvaé jedstupňvé destilace zde služí ja úvd d pstupu výpčtu destilace. Praticý výzam rvvážé destilace vša eí velý. Průmslvě se uplatňuje při děleí výševrucíc rpýc frací. Kapalá survia se při zvýšeém tlau zařívá ( (viz br.2. a tepltu všší, ež je teplta její varu při tlau v zařízeí. Pa prcází epazím vetilem (2. ěem izetalpicé epaze se část apali dpaří, síží se teplta a zblá apalia se rzptýlí v páře ve frmě ape, jež jsu v itezívím tatu se vzilu páru při tepltě destilace. Kap se d pár ddělí apř. vlivem dstředivé síl v clóvém separátru (3 a pára se vede d dezátru.,, p,, T Q,, p,, T 2 3 Obr. 2.2. Scéma ustáleé jedstupňvé destilace - tepelý výměí, 2-redučí vetil, 3-epazí ádba,, p,, T ilačí scéma jedstupňvé destilace je br.2.2. Survia (ástři se začuje ideem a prdut jsu pára (ide a apalia (ide. Ppis destilace je ejčastější v látvém mžství a cetrace se vjadřují v mláríc zlmcíc. Kdž je stupeň rvvážý, vstupuje z ěj apalia a pára při fázvé rvváze, cž ppisuje rvice [T T T, p p p,,2,...,k] (2.2- Pr ustáleý stav bez cemicé reace je pdle rv.(9.2-8 bilace látvé mžství slž dr d s 0, 0 dτ dτ (2.2-2 63
Pdle rv.(9.2-9 je při ustáleém stavu bilace etalpie Q d s du s 0, 0 dτ dτ (2.2-3 de je mlárí etalpie přiváděé survi (ástřiu, mlárí etalpie apalé a parí prdutu, Q začuje tepelý pří. Pr apaliu a páru platí pdle rv.(9.2-20 K K, (2.2-4 ilace prudů je pdle rv.(9.2-8a d s 0 dτ (2.2-5 a arazuje se jí bilace ěteré ze slže b se rvice dal řešit, je třeba zát závislst rvvážé pměru a mláríc etalpií a tlau, tepltě a slžeí směsí, ja ple z rv.(9.2-2. vvážý pměr pr sustavu apalia-pára je pdle rv.(9.2-7 γ φ p φ p (2.2-6 de φ je fugacití eficiet slž v páře při tepltě a tlau směsi, φ fugacití eficiet čisté slž při tepltě směsi a tlau rvvážé pár čisté apalé slž, p, při tét tepltě. ále je γ ativití eficiet slž v apalé směsi, je rece a změu tlau mezi dtu tlau rvvážé pár p čisté slž a tlau směsi p. eličia p ( / T ep υ dp, de p slžeí apali, dta υ je mlárí bjem čisté apalé slž. Hdta γ závisí a φ směsi a a rvvážém tlau čisté slž. Pdle rv.(2.2-6 je dta rvvážé pměru závisí a tepltě, tlau a slžeí pár, dta φ a tepltě úměrá dtě rvvážé tlau pár čisté slž. Te závisí a epeciálě tepltě, prt je vliv teplt a dtu rvvážé pměru začý. T je pdstatý rzdíl prti etraci, de rvvážý pměr je pměrem ativitíc eficietů a závisí a tepltě méě ež samté ativití eficiet. liv tlau a dtu rvvážé pměru při destilaci je pdle rv.(2.2-6 rvěž výzamý, rvvážý pměr je epřím úměrý tlau (další mžý vliv teplt a tlau je vša bsaže ve fugacitíc eficietec, teré se uplatňují při zvýšeýc tlacíc. vvážý pměr má becě dtu závislu a slžeí apali (vliv ativití eficietu γ a a slžeí pár (vliv fugacití eficietu slž v páře φ. Při tlacíc blízýc atmsféricému tlau se dt fugacitíc eficietů blíží jedé a rv. (2.2-6 se zjedduší a rv.(9.2-9 64
p γ (9.2-9 p Pr termdamic ideálí směsi se dta ativití eficietu rvá jedé a platí aultův zá (9.2-0 p p (9.2-0 t přeřátá pára p st t* da b 0 a dvufázvá blast pdclazeá apalia Obr.2.3. Tepltí diagram a-čára varu; b-čára dezace Obr.2.3 uazuje závislst teplt ideálí směsi dvu slže a jejím slžeí při statím tlau. iagram bsauje dvě řiv. Křiva a zázrňuje závislst bdu varu směsi slže a a slžeí. Nejvšší je teplta varu čisté slž a ejižší teplta varu slž (těavější slž při daém tlau. Křiva b zázrňuje závislst teplt dezace směsi a slžeí. Teplta dezace a varu je stejá pr čisté slž ale dlišá pr směsi. Na tm je zalže děleí směsí destilací. Při rvváze je teplta bu fází stejá, ja ple z fázvé pravidla, prt slžeí rvvážé apali a pár spjuje v grafu da, terá je v grafu vdrvá. Slžeí apali a pár a jejic teplta při rvváze jsu zače vězdiču. Pára bsauje větší pdíl těavější slž ež apalia. Křiv a a b diagram rzdělují a tři části. Pd řivu a je pdclazeá apalia, tj. apalia, jejíž teplta je ižší, ež její bd varu při daém tlau, ad řivu b je přeřátá pára s tepltu všší ež její rsý bd. Mezi řivami je blast sučasé eistece bu fází, tj. blast destilace. liv dt tlau a dtu rvvážé pměru je zázrě grafic v diagramu závislsti a (distribučí diagram a br.2.4a. Křiv jsu graficým zázrěím rv. (2.2- při dvu tlacíc p a p 2, přičemž p < p 2. Obráze uazuje, že s rstucí dtu tlau se rvvážá čára blíží úlpříčce a tím se zmešuje dělicí scpst destilace (pr úlpříču je. Tvar řive je tpicý pr ideálí směsi (γ caraterizvaé rv. (9.2-0. az p p 2 II I 0 0 a z 2 Obr.2.4a liv tlau a fázvu rvváu Obr.2.4b. liv eidealit směsi a fázvu rvváu 65
liv eidealit apalé směsi (dcl dt ativitíc eficietů d dt jeda, tj. závislst dt rvvážé pměru a slžeí tét směsi, uazuje br.2.4b. Křiva I zázrňuje čáru rvvá sstému tvřící při určitém slžeí azetrpicu směs. místě, de řiva prtíá úlpříču, je slžeí apali sdé se slžeím pár. Průsečí ted představuje azetrpicu směs. Křiva II zázrňuje rzpad apali a dvě apalé fáze v rzmezí cetrací a 2, v ěmž je slžeí pár ezávislé a průměrém slžeí směsi dvu apalýc fází. Na začátu tét blasti, tj. a levém ci vdrvé čár je směs, jejíž apalý pdíl bsauje apaliu, terá má cetraci těavější slž a difereciálí mžství drué apali se slžeím 2. Směrem dprava pdíl drué apali ted i průměrý mlárí zlme rste. Slžeí těct apali se vša eměí dud se edsáe cetrace 2. Pa je sstém pět v dvufázvé blasti. Eistece azetrpu eb blasti dvu apali ztěžuje mžst děleí směsi destilací. Začá závislst rvvážé pměru a pdmíác destilace zesadňuje výpčt. Prt se čast pužívá relativí rvvážé pměru (relativí těavst z rv.(9.2-3. Pr dvjici slže j a platí α j j j / / j (2.2-7 Tat veličia závisí a pdmíác destilace pdstatě méě ež dt samtýc rvvážýc pměrů. Pdle rv.(2.2-6 je γ φ p j j φ j j α j (2.2-8 γ φ φ j p taže při malýc tlacíc γ p j j α j γ p (2.2-9 Hdt etalpií směsí dsazvaé d bilace etalpie závisejí becě a tepltě, tlau a slžeí směsí. Tereticé pdlad pr jejic výpčet pstuje termdamia. Pr určitu látu závisí mlárí etalpie a tepltě a tlau. Např. pr látu platí d υ c pdt υ -T dp (2.2-0 T p de je c p mlárí tepelá apacita lát při statím tlau p a υ je mlárí bjem lát. K itegraci je třeba zát závislst c p a tepltě a vzta mezi mlárím bjemem lát, tepltu a tlaem, tj. stavvu rvici. Ze stavvé rvice ideálí plu se sad dáže, že pr ideálí pl se bsa raaté závr rvá ule. Závislst etalpie a tlau se ted výzamě prjevuje při velýc dtác tlau. Pa se při výpčtu uplatí stavvá rvice reálé plu, apř. Pegva-bisva (9.2-5. alší výlad bude meze a pdmí destilace, d vliv změ tlau a dtu etalpie emá výzam. Pr apaliu se mlárí etalpie směsi vjádří rvicí 66
K Δ mi (2.2- de je mlárí etalpie čisté apalé slž, jejíž dta se vpčte z rvice c p ( t t 0 (2.2-2 a c p je středí dta mlárí tepelé apacit čisté apalé slž pr rzmezí teplt apali t a teplt t 0 v referečím stavu etalpie. Pr rv.(2.2-2 je supeství slž v referečím stavu apalé. Krece a mlárí směšvací etalpii Δmi má výzam v eideálíc směsíc. Mlárí etalpie parí směsi má bvle evýzamu dtu směšvací etalpie, prt K (2.2-3 de je mlárí etalpie čisté parí slž. Její dta se pr referečí stav v apalém supeství slž vpčte z rvice c t t Δ ( t (2.2-4 p ( 0 lg 0 eb c t t Δ ( t (2.2-5 p ( 0 lg Zde je c a středí dta mlárí tepelé apacit čisté parí a apalé slž p c p pr rzmezí teplt pár t a teplt t 0 v referečím stavu etalpie slž. eličia Δ lg je mlárí výpará etalpie čisté slž při rvvážé tepltě. Ptřebé dt mláríc tepelýc apacit při statím tlau a mláríc výparýc etalpií čistýc slže se dečtu z tabule fziálě cemicýc dat (viz též ap.0 Příladů. Obecě platí, že rvvážý stupeň bsaující směs s K slžami ppisuje K rvvážýc vztaů a K bilací látvé mžství slže, bilace etalpie a dvě vazebí pdmí cetrací v apaliě a v páře, tj. (2K3 rvic. Tmu se musí rvat pčet ezámýc, ab úla bla řešitelá. Je-li zadá tla směsi, je třeba určit její rvvážu tepltu a apa. Tt úl se dají řešit z rvvážýc vztaů. Ta apř. teplta varu směsi daé slžeí a tlau se určí ta, že se vjde z rvice rvvá (a a z pdmí K (b 67
Teplta se určí Newtvu metdu T ( l ( l de T ( l ( T ( l ( T (c K K d 0 ; (d dt Cvá-li se apalá směs ideálě, platí pdle aultva záa a p / p (e K p p (f Pud závislst tlau rvvážé pár čisté slž a tepltě vvuje tievě rvici p ep platí T C (g p K p ( T C 2 ( sadí se d rvice (c a bdrží se zlepšeý dad teplt. ýpčet se pauje ta dlu, až dva za sebu ásledující dad dají rzdíl meší ež je dvleá dta (δ. Pa se určí z rv.(e rvvážý pměr a z rv.(a cetrace slž v páře. lgritmus je zázrě grafic v br.2.i. p,,,, C,δ ( T l T 0 ( f ( g ( ( c p ( l T NO ( ( T l T l δ ( l T T NE (a (e ( l ( l T T Obr.2.I. lgritmus výpčtu teplt varu Při destilaci směsi zámé mžství, slžeí, teplt a tlau vziá určité mžství pár a určité mžství apali. Jejic teplta a tla jsu při rvváze stejé a jejic slžeí vvuje fázvé rvváze mezi imi. Úlem ted bude určit mžství a slžeí bu vzilýc fází. Jede z mžýc pstupů pr směsi více ež dvu slže je úprava bilace (2.2-2. sazeím z rvvážé vztau (2.2- a z bilace směsí (2.2-5 přejde rvice a tvar ] ( [ (- 68
69 vice se dělí - ( (- (- a vjádří se z í - - ( - ( (2.2-6 Sečteím rvic fázvé rvvá (2.2- pr všec slž se bdrží vzta K K Za jediču lze dsadit taé sučet dt a rvici upravit a tvar 0 ( K K K P dsazeí z rv.(2.2-6 se bdrží výraz pužívaý iteračímu výpčtu 0 K ; 0 K (2.2-7 Tet tvar rvic zmešuje závislst sčítaců a tepltě a tím urcluje vergeci výpčtu. Z rvic se vcází při řešeí úl rvvážé destilace či dezace. 2.2. iárí směsi dalším výladu se bude prbírat destilace dvuslžvýc směsí, pr teré je výlad ejjeddušší. zledem rv.(2.2-4 má ve dvuslžvé směsi puze jeda slža ezávisle vlitelu cetraci. Odlišé slžeí pár a apali při rvváze je pricip děleí destilací. Obtížst děleí směsi dvu slže destilací závisí a jejic scpsti přecázet z apali d pár, tj. a jejic těavsti. Kvatitativí prváí dvu slže udává dta relativí rvvážé pměru (relativí těavsti defivaé rvicí (2.2-7. Pdle tét rvice je slža j těavější ež slža, dž je α j >. Čím větší je dta relativí rvvážé pměru, tím sáze se bě slž d sebe ddělují. Slž biárí směsi budu začvá smbl a. Za těavější slžu se vlí slža, taže platí α >. Pdle rv.(2.2-4, (2.2-8
K výpčtům pstačí rvice rvvá a rvice bilace látvé mžství jedé ze slže, za íž se vlí těavější slža, tj. (2.2-9 (2.2-20 ilace látvé mžství slž se s výdu arazuje bilací směsí (2.2-5. Pr výpčet destilace se dá vužít relativí rvvážé pměru. Pr směs dvu slže ple z rv. (2.2-7 α (2.2-7a a z tét rvice se bdrží rvvážý vzta mezi a α ( α (2.2-2 P dsazeí d bilace (2.2-20 a úpravě se dspěje e vadraticé rvici pr mlárí zlme těavější slž v prduvaém zbtu z destilace 2 α α ( α 0 (2.2-22 ( Z rvice se určí dta, je-li zadá dpařeý pdíl survi, dta a α. Je-li zadáa dta, α a, vpčte se z rvice ezámá dta /. Hdta se určí z rv.(2.2-2. Z bilace etalpie (2.2-3 se dá spčítat sptřeba eergie a destilaci. Hdt mláríc etalpií směsí se určí z rvic (2.2- až (2.2-5 p dsazeí,. Pud je jedu slžu vda, bývá výdé vužít paríc tabule. Pára dcázející z vařáu se zapalňuje v dezátru. Te může být parciálí eb ttálí. ttálím dezátru se zapalí vešerá přiváděá pára, dcázející apalia má prt stejé slžeí ja vstupující pára. parciálím dezátru se zapalí je část pár a vstupuje z ěj apalia a pára. stupující pára je batší těavější slžu ež pára, terá d dezátru vstupuje. Na br.2.5 je bilačí scéma parciálí dezátru, d teré vstupuje pára a vstupuje apalia a pára, teré jsu splu v rvváze. Prud vstupující z parciálí dezátru jsu zače čáru vprav aře. Platí ' ' ' (2.2-23 ilace slž je pdle začeí v brázu rvice ' ' ' ' (2.2-24 70
a bilace prudů je rvice ' ' (2.2-25 Q, ', ' parciálí dezátr, 2 3 0 0 Obr.2.5. ilačí scéma parciálí dezátru Obr.2.6. Graficé zázrěí rvvážé destilace a parciálí dezace -rv.(2.2-9, 2-rv.(2.2-20, 3-rv. (2.2-24 ý dezátru Q se vpčte z bilace etalpie Q (2.2-26 Kdž je dezátr ttálí, vešerá pára se zapalí a bilace etalpie se zjedduší a rvici Q (2.2-27 estilace a ásledující parciálí dezace je zázrěa v grafu závislsti slžeí pár a slžeí apali a br.2.6. Je v ěm areslea úlpříča ja pmcá čára pr graficé řešeí. Křiva vjadřuje rvvážý vzta (2.2-9. ilačí rvice (2.2-20 pr rvvážu destilaci je v suřadicíc grafu lieárí, směrice bilačí přím 2 je ( /. Z rvic bilace a úlpříč ple, že suřadice jejic průsečíu je, cž splu s dtu směrice umžňuje přímu areslit. Průsečí bilačí přím s čáru rvvá udává rvvážé cetrace slž v prdutec, tj. v páře a ve zbtu. Pdbě představuje rv.(2.2-24 pr parciálí dezaci v grafu přímu 3 se směricí ( ' / '. Tat bilačí příma prtíá úlpříču v bdu se suřadicí, cž je cetrace slž v páře prudící z destilačí aparátu d dezátru. Její průsečí s čáru rvvá pstuje cetraci slž v dcázející apaliě a v páře. Graficá struce ázrě uazuje, že se při parciálí dezaci bdrží pára, terá je batší slžu (těavější slža ež pára vstupující z destilačí aparátu, prtže >. Naprti tmu je těavější slžu cuzea apalia, prtže <. Parciálí dezátr zlepšil rzděleí půvdí směsi, cvá se ja rvvážý stupeň (aprti tmu ttálí dezátr přeměí supeství, ili slžeí směsi. 7
sud jsme se zabývali výladem destilace v rvvážém stupi. Sutečé slžeí výstupíc prudů se určí z dt účisti stupě. Pdbě ja při jedstupňvé etraci platí E E (2.2-28 * * de vězdiča začuje výstup z rvvážé stupě. vst dt bu účistí ple z bilace (2.2-20. sazeím pmcí cetrace slž se dáže, že dta účisti je pr bě slž stejá, cž eplatí, je-li slže více. Prt se smbl účisti u dvuslžvýc směsí ideem slž ezačuje. 2.3 Ustáleá stupňvá retifiace udu vlže rvice rvvážé stupě pr libvlý ze stupňů retifiačí věže a v dalším se výlad zjedduší a rvice pr směs dvu slže. ude disutvá vliv pměru zpěté tu a relativí změ tu apali v místě přívdu ástřiu a čist retifiačí věže. ále se bude prbírat závislst áladů a retifiaci a dtě pměru zpěté tu. etifiace směsi dvu slže bude též zázrěa grafic v distribučím diagramu (řešeí úl v etalpicém diagramu je uvede v přílze 2.. ále bude uázá zjeddušeí umericé řešeí úl při statí dtě relativí těavsti. 2.3. Úvd Již z výladu etrace je zám, že při prtiprudu je aparát s ledisa dělicí scpsti ejúčiější. la uázáa mžst zlepšeí dělicí scpsti tavé zařízeí rzděleím baceé prdutu a dvě části. Jeda je vlastí prdut, terý se dvádí, a druá část se d aparátu vrací a ta umžňuje tvrbu baceé prdutu. Tt uspřádáí se azývá zpětý t. estilace prvzvaá při prtiprudu apali a pár se zpětým tem se azývá retifiace. Zařízeí, v ěmž se retifiace prvzuje, je a br.2.. Hlavími sučástmi jsu retifiačí věž, vařá a dezátr. ěž může být patrvá eb se spjitým stem fází. Na br.2. je scéma patrvé věže. etifiačí věž se dělí a část bacvací, mezi ástřivým patrem a dezátrem a cuzvací, mezi ástřivým patrem a vařáem. Pdle brázu vařá představuje dělicí stupeň a zbte je vůči apaliě z věže bace méě těavými slžami. ařá, ve terém se dpařuje puze část přiváděé apali, se azývá parciálí vařá. jiém mžém uspřádáí se dvádí zbte dvětveím apali stéající z věže d vařáu. ařá pa služí puému dpařváí apali a azývá se ttálí vařá *. Páru vstupující z věže zapalňuje dezátr. zilá apalia z ěj vtéá d aumulátru, v ěmž se utlumí flutuace průtu, a apalia se rzděluje a dvě části. Jeda se vrací zpět d retifiačí věže ja zpětý t a druá se dvádí ja prduvaý destilát. ařá ted ddává d retifiačí věže eustále páru a dezátr apaliu, t se ve věži stýají a astává mezi imi výměa mt a tepla. rucí apalia, terá retifiačí * Jiu variatu je retifiace bez vařáu. retifiačí věže bsaující vdý rzt se a dlím ci přivádí vdí pára, terá s sebu přiáší eergii ptřebu dpařváí stéající apali (viz příl. 2.2. 72
věží stéá, se pstupě cuzuje těavější slž, teré přecázejí d pár. Pára vziající ve vařáu prcází věží vzůru a rste v í cetrace těavějšíc slže. T pár a apali prtéající věží závisejí a dtě pměru zpěté tu a mu být pdstatě větší ež t přiváděé ástřiu a dváděé destilátu či zbtu. ařá, dezátr a cladiče destilátu a zbtu jsu výměí tepla prbíraé v ap.7. Na br.2. je uázá, ja se dá vužít etalpie zbtu předeříváí ástřiu. Je t jede ze způsbů úspr tpé pár retifiaci. Při retifiaci slžitějšíc směsí se v průmslvýc zařízeíc ěd debírají prdut v růzýc místec věže (bčí dta a ástři se dá přivádět a ělia místec sučasě (viz bráze v řešeí trlíc úl 2.8 a 2.9 ve sriptu [48a]. Pa pjem jedé bacvací a jedé cuzvací sece ztrácí smsl. Zde se mezíme a záladí uspřádáí. Způsb tatu pár a apali závisí a struci retifiačí věže. Zabýváme se stupňvým stem fází, e terému dcází v patrvýc věžíc. Patra (azývají se též talíře jsu vdrvé přepáž rzmaité struce a služí itezívímu tatu pár s apaliu. Jedducá jsu tzv. sítvá patra, tj. vdrvé děrvaé přepáž, jejicž tvr prcází pára z ižší patra a vtváří s apaliu přitéající z všší patra vrstvu pě s velým mezifázvým pvrcem (viz br.9.3. Pěa eustále vziá a zaiá a ze zailýc bubli uvlěá pára stupá a všší patr. Přitm může uášet ap apali tvřící se při záiu bubli. Kapalia dtéá a ižší patr buď tvr v patře (tzv. bezpřepadvá patra, eb přetéá přes jez, terý a patře udržuje určitu výšu vrstv apali (patra s přepadem. zličé tp pater se ppisují v ap.29 (viz br.29. a 29.2. etifiace se prvzuje při atmsféricém tlau, ale též při tlacíc mešíc či většíc, ež je tla atmsféricý. Pára při průcdu patrem přeává draulicý dpr, prt v retifiačí věži směrem vzůru lesá dta tlau. T má výzam zejméa při sížeýc dtác tlau v retifiačí věži. etifiace za vaua se pužívá děleí směsí bsaujícíc slž, teré mají při atmsféricém tlau vsu tepltu varu, při íž se rzládají. Při všším ež atmsféricém tlau se dělí slž, teré za atmsféricé tlau dezují při tepltác ižšíc, ež je teplta cladicí vd a álad a clazeí b výzamě převýšil álad ptřebé a prvz při atmsféricém tlau. Ja uazuje br.2.3 a rv.(2.2-6, má prvzí tla vliv a dělicí scpst věže. S rstucím tlaem dělicí scpst lesá. ělicí scpst věže se caraterizuje tím, ja je scpa rzdělit dvě vbraé slž, teré se azývají leá líčvá slža a těžá líčvá slža. Slž těavější ež je leá líčvá slža dcázejí puze v destilátu a slž méě těavé ež je těžá líčvá slža dcázejí puze ve zbtu. Zblé slž vstupují v bu prdutec. Pdmía, teru musí avrvaá retifiačí věž split, je dsáut zadaé cetrace těžé líčvé slž v destilátu a cetrace leé líčvé slž ve zbtu. Při ptimálíc pdmíác se děleím v jedé retifiačí věži dají zísat dva pměrě čisté prdut. Je-li pžadvaýc prdutů > 2, je tmu třeba - retifiačíc věží. Přadí, v jaém se mají jedtlivé slž ze směsi ddělvat, závisí a emicé aalýze. 2.3.2 Záladí rvice ppisu stupňvé ustáleé retifiace Stupňvá retifiace je prces prvzvaý v sustavě stupňů při prtiprudu pár a apali. Je t bdba stupňvé etrace při prtiprudu. Každý stupeň je becě ppsá vjádřeím fázvé rvvá, bilací látvé mžství a etalpie a rvicí účisti stupě. K tmu patří vazebí vzta mezi cetracemi slže prudu a vjádřeí závislsti rvvážé pměru slž a mláríc etalpií prudů a tepltě, tlau a slžeí prudů. Na rzdíl d etrace elze předpládat statí tepltu v celém aparátu. Každému stupi přísluší jiá teplta a tu je uté určit, ab bl mžé spčítat rvvážý pměr. 73
stupeň [,...,N]: ( ( Obr.2.7. ilačí scéma stupě Q Na br. 2.7 je bilačí scéma libvlé stupě. Pr becst zaruje v sbě ja jedducé patr, ta mžst bčíc prudů apali a pár, mžst přívdu ástřiu a může t být taé dezátr či vařá (zamé tepelé výu Q bude ladé pr dezátr a zápré pr vařá. ěž má becě N stupňů a směs má becě K slže. Pr aždý rvvážý stupeň je mž apsat (2K3 rvic (viz též ap.9. Pr slžu v rvvážém stupi platí - 0 (2.3- ilace látvé mžství slž [,2,...,K] při ustáleém stavu je pr z ( 0 (2.3-2 ( ( ( ( ( ' ' de smbl z, pr cetraci je zde prt, že ástři může být apalia, pára eb směs bu fází. ilace směsí je 0 (2.3-2a ( ( ' ' ilaci etalpie pr stupeň zapíšeme ve tvaru ( Q 0 (2.3-3 ( ( ( ( ( ' ' Pr aždu fázi platí sučtvé vzta K K 0, 0 (2.3-4 vvážé pměr slže a mlárí etalpie fází jsu becě mplivaými fucemi teplt, tlau a rvvážýc dt mláríc zlmů v bu fázíc ve stupi. Ozačíme-li subr mláríc zlmů všec slže v aždé fázi ja vetr a, platí (t, p,, (t, p, (t, p, (2.3-5 Z bilace látvé mžství slž, rv.(2.3-2, se elimiuje prměá rvvážým vztaem (2.3-. ilací prudů pr úse věže d stupě d stupě 74
N ( ' ' - ( (2.3-6 se z bilace dstraí t apali apíše ve tvaru. ilace látvé mžství slž se pa frmálě ( C ( (2.3-7 de ( m ' m ' m m ( ( m ' m ' m ' ( ' m ( ( [ 2,...,N] (2.3-8 [,...,N] (2.3-9 C [,...,N-] (2.3-0 z [,...,N] (2.3- Pr stupeň (dezátr je dta 0 a pr stupeň N (vařá je dta C N 0. Sustava N rvic se dá psát ve tvaru rv.(20.2-27 bsaujícím tridiagálí matici. Pricip řešeí spčívá v pstupém zpřesňváí dadů dt T a ve všec stupíc (patrec retifiačí věže. Pdrbě se výpčet ppisuje apř. ve sriptu [47]. ýsledem výpčtu jsu dt teplt, tů a slžeí prudů pr aždé patr. Kvergece řešeí závisí a prvíc dadec. T se zísají uplatěím glbálíc metd výpčtu (viz přílu 2. Tab.2. Ppis ustáleé stupňvé retifiace stupeň (2.3-2 ( ( ( ( (2.3-3 ( ( ( ( (2.3-4 ( ( (2.3-5 bacvací část věže ( ( ( ( ( (2.3-6 Q (2.3-7 (2.3-8 rzdílvý tvar bilací pr stupeň ( ( ( ( (2.3-9 ( ( ( ( (2.3-20 (2.3-2 ( cuzvací část věže ( ( ( ( ( ( (2.3-22 Q (2.3-23 (2.3-24 dalším výladu se mezíme a ppis tepelě izlvaýc stupňů bez bčíc dtaů při retifiaci směsí dvu slže a. Číslváí pater bývá ve směru d dezátru vařáu. Nástřivé patr se začuje smblem f. ilačí rvice a rvvážý vzta pr samtý stupeň a bilace pr úse mezi libvlým průřezem bacvací či cuzvací sece a cem věže jsu přeledě 75
sestave d tab.2.. Hdta rvvážé pměru závisí a tepltě a ta se měí s číslem stupě. Teplta a patře se pčítá buď ze slžeí apali (bd varu směsi eb ze slžeí pár (rsý bd směsi. Pstup výpčtu teplt zázrňuje apř. algritmus 2.I. Pr celé retifiačí zařízeí platí pdle br.2.8 bilace slž z (2.3-25 bilace prudů (2.3-26 a bilace etalpie Q Q (2.3-27 K. Q 0 2 f ( f ( f f f tetu, terý ásleduje, se dvzuje rvice pr výpčet tepelé výu dezátru Q. Z rv. (2.3-27 se pa vpčte tepelý pří d vařáuq. Kapalia dtéající z dezátru se dělí a dvě části (viz br.2.8. Jeda se ja prdut, tj. destilát, dvádí a druá se vrací zpět d retifiačí věže a azývá se zpětý t (reflu. Hdta pměru mžství apali vraceé d věže a mžství destilátu zásadě vlivňuje čist retifiačí věže a azývá se pměr zpěté tu (refluí pměr 0 (2.3-28 Čím je dta větší, tím lépe se dělí destilvaá směs, ale zárveň rste sptřeba eergie a destilaci. Hdta eí mezea sra, má vša svu dlí mez, tzv. miimálí pměr zpěté tu mi, bdbu miimálí sptřeb rzpuštědla při etraci. Je dtu vlivňuje tvar rvvážé řiv. Z defiice pměru zpěté tu a z bilace (2.3-8 ple ( N N 0 ( (2.3-29 N Q Pdle bilace slž, (2.3-6, pa platí pr ttálí dezátr p dsazeí z rv. (2.3-29 0 (2.3-30 Obr.2.8. ilačí scéma retifiačí věže a bilace etalpie (2.3-7 splu s rv.(2.3-29 pstuje rvici pr tepelý vý dezátru, de platí 0 76
Q ( ( (2.3-3 ( Čist retifiačí věže dále vlivňuje dta relativí změ tu apali při průcdu ástřivým patrem. Z bilace prudů pr ástřivé patr f (viz br.2.8 ( f ( f f f se vjádří rzdíl mezi dtem a přítem apali a ástřivé patr ja ásbe tu ástřiu f ( f ( f f q (2.3-32 Z tét defiice ple eplicití vjádřeí relativí změ tu apali při průcdu ástřivým patrem, veliči q q f ( f ( f f (2.3-33 Hdta q caraterizuje vliv stavu ástřiu a t fází uvitř retifiačí věže. Prměst tu fáze při pruděí věží suvisí s eustálým dpařváím a dezací uvitř věže. Suvisí ted s etalpiemi prudů, prt vzrec pr výpčet q ple z bilace etalpie ástřivé patra pmcí mláríc či měrýc etalpií prudů. ilace etalpie ástřivé patra se dá za předpladu, že při průcdu patrem je změa dt etalpie fáze evýzamá, tj. (f f a (f - f, apsat ve tvaru ( f ( f f ( ( f f f [ (f f, (f- f ] zrec pr veličiu q se bdrží mbiací tét rvice s rv. (2.3-33 q f f f (2.3-34 Tab. 2.2. Hdt veliči q pr rzličé stav ástřiu stav ástřiu q pdmía rvvážá apalia f ; f ( f rvvážá pára 0 f ; f ( f pdclazeá apalia > t < t f přeřátá pára < 0 t > t f rvvážá směs apali a pár 0 < q < q / ýpčet je sazší, dž se d rvice míst mlárí etalpie rvvážé apali a pár a patře f a f dsazuje mlárí etalpie rvvážé apali a pár se slžeím ástřiu a. á se dázat, že tím zavedeá cba dt q je evýzamá. šec dsazvaé dt etalpií se pa týají jedié směsi, terá má slžeí ástřiu. Prt se dá dta q určit též z dt měré etalpie 77
q (2.3-35 Hdta relativí změ tu apali a ástřivém patře je ted závislá a etalpii ástřiu. Tab.2.2 bsauje dt q pr rzličé stav ástřiu. Změa cetrace slž při průcdu sutečým patrem závisí a ietice výmě mt a patře. Obvle se určuje pusě účist patra (viz br. 29.7 v ap. 29. Je taé mžé ji dadut ze semiempiricýc vzrců (viz apř. příl. 5. Murpreeva účist patra [viz rv. (20.2-29] je pr slžu v apaliě E ( ( * ( ( [ ( ] (2.3-36 a pr slžu v páře E * ( ( ( ( ( (2.3-37 de za rvvážý pměr se dsazuje dta příslušející cetraci uvedeé v závrce. edle účisti jedtlivýc pater se pužívá celvé účisti E c defivaé rv. (9.2-30. 2.3.3 Ustáleá retifiace s statími dtami tu fází Pdél věže se becě měí t fází, dále cetrace, teplta a tla, a icž závisejí dt etalpie a dt rvvážé pměru. Při atmsféricém a všším tlau je mžé zaedbat vliv tlavýc ztrát ve věži. Pstup, terý se pužívá, dž se t fází měí, bude uázá a příladu patra v bacvací části věže (viz lit.[47]. Jsu zám dt t,, ( -,, Q, a p. Prví aprimace mlárí tu apalé fáze vtéající z patra bude ( ( - Z rv.(2.3-8 pa je ( a pdle rv.(2.3-6 ( ( / ( Tat cetrace umžňuje určit tepltu t. Pa se d bilace (2.3-7 dpčítají dt mláríc etalpií (, a z rvice ( ( ( ( Q se určí [ Q ( ( ] /( ( alší aprimace je apř. ( 2 ( ( / 2 Celý výpčet se pauje dud dcla elese pd přípustu dtu. 78
79 Pr směsi cemic příbuzýc slže je bvle mžé předpládat, že t látvé mžství aždé fáze je uvitř aždé sece statí, pud věž pracuje adiabatic. ůvd spčívá v tm, že mlárí výparé etalpie příbuzýc láte mají přibližě steju dtu. Za uvedeýc pdmíe je t látvé mžství par a apali v bacvací blasti retifiačí věže úměrý dtě tu destilátu. Pdle rv. (2.3-29 platí ( 0 (2.3-38 ilace těavější slž (2.3-6 se pa zjedduší a vzta 0 ( (2.3-39 Hdt a jsu při ustáleém stavu statí a rvice je lieárí vzta mezi a. T látvé mžství pár a apali v cuzvací části věže jsu rvěž ezávislé a čísle stupě, ale becě se liší d dt pr bacvací blast, prtže se d věže přivádí ástři v místě, de se blasti dtýají. Tímt místem je ástřivé patr f. zta mezi t fází ad a pd tímt patrem, tj. v bacvací a cuzvací části retifiačí věže, se vjádří pmcí relativí změ tu apali a patře q. Pdle rvic (2.3-33 a (2.3-38 platí pr t apali v cuzvací části retifiačí věže q f (2.3-4 a pr t pár ( ( ( q f (2.3-42 ilace těavější slž pr cuzvací část věže (2.3-22 přejde a tvar ( ( ( ( ( ( ( ( q q q f f f (2.3-43 Opět je t lieárí vzta mezi mlárími zlm těavější slž v apaliě a v páře. Uvedeé rvice platí pr pstup výpčtu směrem d dezátru vařáu. Při pstupu pačým směrem se začíá vařáem. Pud je rvvážý, je slžeí vstupující pár v rvváze se slžeím zbtu. Slžeí apali stéající z věže d vařáu ple z bilace pr cuzvací seci ( ( ( ( q q q (2.3-43a bacvací seci se pužívá bilace ( (2.3-39a
Při práci s rvicemi bilace bacvací a cuzvací sece je třeba vědět, při jaé cetraci se přejde z jedé rvice a druu, tj. je třeba zát suřadice a splečé řešeí rvic (2.3-39 a (2.3-43 eb (2.3-39a a (2.3-43a. Zapíší se rvice pmcí prudů ástřivé patra. Pr bacvací blast retifiačí věže platí pdle rv.(2.3-6 f ( f (2.3-44 a pr cuzvací blast je pdle rv.(2.3-22 (2.3-45 ( f f zdíl rvic (2.3-45 a (2.3-44 mbivaý s rvicemi (2.3-32 a (2.3-25 ( ( f f f ( f ( ( q se dá upravit a tvar z q q q z q (2.3-46 Kmbiací s rv.(2.3-39 se dvdí pr suřadice přecdu mezi bacvací a cuzvací blastí vzrce ( q ( z q q z q ; (2.3-47 ýpčet patrvé věže s rvvážými stupi spčívá v pstupém určváí teplt, uplatňváí rvvážé vztau (2.3-2 a bilace těavější slž buď v bacvací eb v cuzvací seci. Jamile se dsáe dt cetrace splečé řešeí bu bilací z rv.(2.3-47, přejde se a druý bilačí vzta. Jeda z mžýc úl, teré se řeší uplatěím rvic (2.3-2, (2.3-39 a (2.3-43 je určeí pčtu rvvážýc pater ptřebýc rzděleí směsi s mlárím zlmem těavější slž z a destilát s mlárím zlmem a zbte s mlárím zlmem. Je zadáa dta mlárí etalpie a dt tu látvé mžství survi, tu destilátu a pměru zpěté tu. ále je záma závislst rvvážé pměru a tepltě, tlau a slžeí směsi. Hdta tu zbtu se určí z bilace prudů (2.3-26. Z mlárí etalpie survi se pr rvvážu apaliu a páru se slžeím ástřiu spčte pdle rv.(2.3-35 dta q. Pa je mžé zjistit dtu z rv.(2.3-47. Kdž se teplta pčítá ze slžeí apali, vcází se při výpčtu stupňů d vařáu. jde se apř. ze zámé cetrace těavější slž ve zbtu,.. Je-li vařá rvvážý, vcází z ěj pára rvvážá se zbtem, s cetrací. Tat cetrace se zjistí z rvvážé pměru, jež dta závisí a tepltě varu směsi. Taže se ejprve spčte rvvážá teplta pstupem uvedeým v algritmu 2.I a pa z rv.(2.3-2 dta. Pára s tímt slžeím vstupuje d prví spdí patra retifiačí věže. Hdta v apaliě dtéající z tt patra ple z bilace cuzvací sece (2.3-43a. Z í se určí 80
teplta varu v tmt stupi utá pr výpčet. Pára vcázející z patra je v rvváze s dtéající apaliu, tj.. Pstup se pauje dud je splěa pdmía <. Patr, a terém cetrace slž v páře právě přerčí dtu, je patr ástřivé. Přecází se d bacvací sece a cetrace v apaliě ( se bdrží z bilace bacvací sece (2.3-39a. ýpčet se učí, jamile je >. Celvý pčet paváí výpčtu ecť je l. Je-li vařá rvvážý a dezátr ttálí, je pčet rvvážýc pater N ( ( (2.3-48 lgritmus výpčtu je a br.2.ii. Tet pstup je uvede v P9-7 v Příladec. K určeí pčtu sutečýc pater se d výpčtu zaruje vzta pr účist stupě. * tét úlze b bl uté aždu vpčteu rvvážu dtu pravit a suteču dtu pdle rv.(2.3-37. (2.3-47 Tab.XIII. (,t(,c p ( t, Δlg ( t (2.2- až (2.3-35 (2.3-29 2.I,,,,,,, t, p,, q 0, (2.2-5 NE 2.I (2.3-43a f ( ( < ( ( 0 (2.3-39a NO (2.3-43a 2.I ( ( ( < z ( N z (2.3-39a NO NE Obr.2.II. Určeí pčtu rvvážýc pater při ustáleé retifiaci s statími dtami tu fází Na čist retifiačí věže má výzamý vliv dta pměru zpěté tu. Zapsáím rv.(2.3-39 pr dvě za sebu ásledující patra, jejic dečteím a úpravu se bdrží vzta ( ( < (2.3-49 Zlme představuje změu cetrace slž v páře lmeu změu její cetrace v apaliě, astávající při průcdu patrem. Zlme má dtu meší ež jeda. Hdta zlmu s rstucí dtu rste. Změa cetrace slž v páře připadající a jedtvu změu cetrace v apaliě je ted ejvětší při dtě, d se dta zlmu blíží jedé. Pčet stupňů ptřebýc usutečěí změ cetrace d d pa bude ejmeší, N N mi. Z bilace etalpie (2.3-3 vša vplývá, že čím větší je dta, tím větší je tepelý vý dezátru a pdle bilace etalpie (2.3-27 též 8
rste tepelý pří d vařáu. Prt s rstucí dtu rstu ivestičí álad a vařá a a dezátr a prvzí álad a sptřebu tpé pár a cladicí vd. Napa se sižují ivestičí álad a retifiačí věž. Z emicé aalýz pa vplývá ptimálí dta pměru zpěté tu. Grafic tet výlad ilustruje br.2.9, de je zázrě vliv dt pměru zpěté tu a rčí álad a ivestice, a prvz retifiačí zařízeí a a celvé rčí álad. Při ptimálí dtě pměru zpěté tu mají celvé álad miimum. rčí álad celem N prvz ivestice N mi mi mi Obr.2.9. Závislst áladů a retifiaci a dtě pměru zpěté tu Obr.2.0. Závislst pčtu pater a dtě pměru zpěté tu zta mezi pčtem pater a pměrem zpěté tu je a br.2.0. Hdtu elze sižvat libvlě (bdba sptřeb etračí čiidla při etraci, viz též br.2.5. S lesající dtu rste ptřebý pčet pater a při mezí dtě mi rste pčet pater ade všec meze. Pdle praticýc zušestí je ptimálí dta pměru zpěté tu,2 mi, přičemž ptřebý pčet pater je pa N 2 N mi. Hdt miimálí pměru zpěté tu a miimálí pčtu pater jsu výzamé rietačí údaje při výpčtec retifiace a eistují pstup, ja je dadut [viz rv.(2.3-60 a (2.3-59]. 2.3.3. Kstatí dta relativí rvvážé pměru Hdta relativí rvvážé pměru závisí a pdmíác v retifiačí věži pdstatě méě ež dta rvvážé pměru slž. ýpčet retifiačíc úl se zjedduší, dž se vedle statsti tů fází ad a pd přívdem ástřiu dá předpládat, že je statí relativí rvvážý pměr v daém úseu věže. Cba tt předpladu se síží zavedeím středí dt tt pměru vpčteé z rajíc dt a bu cíc úseu. Obvle je t gemetricý střed. Např. středí dta v bacvací blasti, α, a středí dta v blasti cuzvací, α, se daduje z dt pr ástři, destilát a zbte pdle vzrců α α α, α α α (2.3-50 / 2 / 2 ( ( eb středí dta pr celu věž α α α α (2.3-5 / 3 ( 82
Ja přílad uplatěí rvvážé vztau (2.2-2 bude vlže pstup, jaým se určí ptřebý pčet sutečýc pater retifiačí věže s ttálím dezátrem i vařáem, jsu-li zadá dt z,,, /,, q a E. Zadaá dta účisti se týá cetrace slž v páře, prt výpčet začíá vařáem. Z rvvážé vařáu vstupuje pára d spdí patra N, pr teru platí pdle br.2.8 a rv. (2.2-2 * ( N ( N ( α α (2.3-52 Mlárí zlme slž v apaliě vtéající z tt patra, N, ple z bilace cuzvací blasti věže (2.3-43 N ( ( / q ( N ( / q ( ( / q ( / (2.3-53 Tat dta se dsadí d rvvážé vztau (2.2-2, terý pstuje í rvvážu dtu * N * N α N N ( α (2.3-54 Z defiice účisti (2.3-37 se vjádří sutečá dta cetrace v páře N * * N ( N E N ( N ( N (2.3-55 Z bilace (2.3-43 se určí (N-, cetrace těavější slž v apaliě stéající z patra N-, z rv.(2.2-2 rvvážá a z rv.(2.3-37 sutečá cetraci (N- v páře z též patra. Tat se pračuje až cetrace, tj astává přecd d bacvací blasti věže. Suřadice přecdu udává rv. (2.3-47, pdle teré je (q z ] / (q (2.3-56 Tet přecd tvří ástřivé patr, tj. f. Hdta f se dsadí d bilace pr bacvací blast věže (2.3-39z íž se vpčte (f- ( f f (2.3-57 K í rvvážá cetrace v páře ze stupě (f se vpčte z rv.(2.2-2 a sutečá dta (f- z rv.(2.3-37. ýpčet se učí, dž. Hdtu má cetrace slž a výstupu z prví patra. Pčet paváí výpčtu prt udává pčet sutečýc pater včetě vařáu. Při rietačíc výpčtec retifiace se pužívá dadů dt miimálí pměru zpěté tu a miimálí pčtu pater zalžeýc a předpladu statsti tů fází a relativí rvvážé pměru slže děleé směsi. Zde budu uvede vzrce pr 83
dvjslžvu směs, v přílze 2.3 jsu jejic bdb pr více slže. Tam se též prbírá jejic uplatěí při dadu pčtu pater retifiačí věže bez výpčtu d stupě e stupi. Předplad α st umžňuje dvdit rvici pr miimálí pčet rvvážýc stupňů, d platí pdmía. cází se z bilace (2.3-39, terá se pr uvedeu pdmíu reduuje a ( Tt platí i pr bilaci slž v cuzvací části věže (2.3-43. vvážý vzta (2.2-2 ( α ( ( α ( mbivaý s bilací pstuje rvici ( α (2.3-58 Ja při ppisu stupňvé prtiprudvé etrace lze t, že dta zlmu je statí, vužít vjádřeí vztau mezi cvými cetracemi. Předpládá-li se, že dta α je stejá v bu částec věže, zísá se pr aparát s rvvážým vařáem vzrec Nmi α (2.3-59 Tet vzrec je zámý pd jméem autra ja ese rvice [3]. ze z ěj dadut miimálí pčet rvvážýc pater retifiačí věže ptřebý prduci pžadvaé destilátu a zbtu. Na předpladu statí dt relativí rvvážé pměru je taé zalže vzrec pr výpčet dt miimálí pměru zpěté tu při retifiaci dvuslžvé směsi, jež autrem je Uderwd [70] α α θ θ mi (2.3-60 tmt vzrci je další ezámá θ, terá se bdrží řešeím rvice α α θ θ q (2.3-6 Pr výpčet θ je vdé tut rvici upravit a tvar ( 2 q θ [( α q( α α ] θ α q 0 (2.3-62 Hdta θ leží v rzmezí α > θ >. Je-li ástři rvvážá apalia (q eb rvvážá pára (q 0, přejde rvice a lieárí vzta. 84
zrce platí přesě pr statí dt relativí těavsti pdél věže. Pužití středíc dt je přijatelé, pud se relativí těavsti slže liší méě ež 0% [46]. 2.3.3.2 ýpčet v distribučím diagramu etifiaci směsí dvu slže lze zázrit grafic v diagramu závislsti mlárí zlmu těavější slž v páře,, a mlárím zlmu těavější slž v apaliě,. Nazývá se distribučí diagram. Usadňuje pcpeí ppisu retifiace a zjeddušuje její výpčet. Je vša uté jej areslit a přesst dečítáí z diagramu je mezeá. Přílad distribučí diagramu je a br.2.. Křiva iterpluje údaje cetracíc slž v bu fázíc při rvváze, úlpříča je pmcá čára pr graficá řešeí úl. Při ppisu stupňvé retifiace se pstupě uplatňují rvice fázvé rvvá a bilace těavější slž. ilačí rvice grafic zázrňují přím (tzv. pracví přím. Pr cuzvací blast je dta směrice přím větší ež pr bacvací část retifiačí věže. grafu představuje úseča 2 rv.(2.3-39 platu v blasti dt > >, > > a úseča 3 rv.(2.3-43 platu v blasti dt < <, < < de, jsu suřadice splečé řešeí bu bilací začující rzraí mezi bacvací a cuzvací blastí věže. d a úlpříčce jsu a. Pstup graficé určeí pčtu pater retifiačí věže, je-li zadá slžeí ástřiu destilátu a zbtu, stav ástřiu a dta pměru zpěté tu, se sládá z těct bdů:. grafu se areslí úlpříča a čára pr fázvu rvváu. 2. Z bilace těavější slž v bacvací seci a z rvice úlpříč ple, že se prtíají v bdu a úlpříčce se suřadicí a že bilačí příma prcází bdem a se přadic se suřadicí / ( (viz br.2.. 4 2 4 3 2 5 6 3 7 0 z z /q 0 / q Obr.2.. istribučí diagram při retifiaci Obr.2.2. Graficé určeí pčtu pater pr q -rv. čára, 2,3-bilačí úseč, 4- příma q 3. sazeím rvice úlpříč d rvice přím q (2.3-46 se zjistí, že se prtíají při dtě z. ruý bd přím q je buď a se úseče z / q eb a se přadic z /( q. 4. ilačí úseča cuzvací sece se areslí z průsečíu bilačí úseč bacvací sece s přímu q a ze suřadice úlpříč. 85
5. Mezi bilačími úsečami a čáru rvvá se v rzmezí dt a areslí pravúlé r. Jejic pčet zaruje rvvážá patra v retifiačí věži a rvvážý vařá. Tat vzilý graf zázrňuje br.2.2. Pčet rvvážýc stupňů becě eí celé čísl. Na br.2.3 je zázrěa struce sutečé stupě, je-li záma dta účisti E eb E. (- ( ( (a * 0 (- Obr.2.3.Graficé zázrěí sutečé patra (b a bilačí scéma b zaresleí změ cetrace ve sutečém patře s účistí E či E, defivau rv.(2.3-36,37 mi 0 0 0 z 0 z Obr.2.4. Graficé zázrěí retifiace při Obr.2.5.Graficé zázrěí retifiace při mi Obr.2.4 představuje graficu struci pater při pměru zpěté tu a br.2.5 při mi. Se zvětšváím dt velist rů rste a ptřebý pčet pater se zmešuje. Při je směrice bu bilačíc úseče rva jedé, splývají s úlpříču a N N mi. Při zmešváí dt pměru zpěté tu se blíží bilačí úseč rvvážé čáře. Tím se zmešuje velist a ted zvětšuje pčet pravúlýc rů, tj. ptřebý pčet pater. te-li se bilačí úseča rvvážé čár, jsu r ifiitezimálí, tj. pčet pater N. edle patrvýc retifiačíc věží se pužívá věží s vrstvu výplě eb aparátů se zrápěu stěu, ve terýc je spjitý tat fází. Pdle rv. (9.3- je mžé výšu tavé věže dadut ze vztau e N (9.3-86
terý bsauje empiricu dtu výš evivaletí rvvážému stupi e a pčet rvvážýc stupňů N. ap.23 se vládá způsb, ja určit výšu či délu výměíu mt se spjitým tatem fází ze sučiu výš a pčtu převdvýc jedte. Odd.2.3 bsauje ppis ustáleé stupňvé retifiace biáríc směsí. l uázá zjeddušeé řešeí pr statí relativí těavst. l prbírá vliv dt pměru zpěté tu a mlárí etalpie ástřiu a čist retifiačí věže. 2.4 sádvá jedstupňvá destilace Tet ddíl bsauje valitativí a vatitativí ppis vsádvé prvedeí destilace v jedm stupi za dále uvedeýc předpladů. Je uázá řešeí rvic a je zjeddušeí při statí dtě relativí těavsti. 2.4. Úvd Nejjeddušší destilace pužívaá v labratři je vsádvá destilace. Směs, terá se má destilací rzdělit, je v destilačí baňce, de se zaříváím uvede varu a pára dcází apř. d iebigva cladiče (výměí truba v trubce, tam se cladu vdu zapalňuje a destilát představující těavější pdíl survi. Zbte je méě těavý pdíl, terý zůstal v baňce. Učeí prcesu se bvle řídí dtu teplt destilace, terá závisí a slžeí apali a běem destilace s úbtem těavějšíc slže rste. Průmslvé prvedeí uazuje br.2.6. destilačím tli se tpí vdí páru a pára děleé směsi se vede d dezátru, de se zapalňuje cladicí vdu. Jestliže se destilát jímá d jedé ádb, má výsledé slžeí dtu zprůměrěu, ležící mezi dtami a začátu a a ci destilace. Je taé mžé pstupě debírat více frací destilátu s dlišým slžeím. sádvá destilace se užívá při zpracváí mešíc mžství survi, eb při lísáí valit survi, ja třeba při destilaci přírdíc survi. 2.6. parát pr vsádvu destilaci Ppis vsádvé destilace se liší d ppisu tiuálí prcesu (rvvážé destilace, a t je rzdíl d prbíraé prvedeí etrace, de bl ppis tiuálí a vsádvé prvedeí jedstupňvé prcesu frmálě stejý. Při prbíraém prvedeí 87
vsádvé etrace ttiž zůstával bě fáze v tatu p celu dbu trváí prcesu, dežt při vsádvé destilaci se pár eustále dvádějí d dezátru a apalia ve vařáu emá tat s destilátem, děleí je ted účiější (bdbu je tat etravaé vsád v ádbě s prtéajícím etračím čiidlem. 2.4.2 Záladí rvice ppisu vsádvé jedstupňvé destilace Zařízeí pracuje eustáleě, cetrace těavější slž v apaliě i v páře s časem lesá a apali ve vařáu ubývá. Prt je v bilaci čle pr rclst aumulace eulvý. sádvá destilace za dále uvedeýc zjeddušujícíc předpladů se azývá difereciálí destilace. Předpládá se platst těct pdmíe: a je evýzamá aumulace pár (vzledem řádvé dlišsti ustt pár a apali, b vziající pára je v rvváze s apaliu a bě fáze jsu dale prmícává, c v aždém difereciálím časvém itervalu vzilé difereciálí mžství pár se amžitě z vařáu dvede, d eprbíá žádá cemicá reace. Z rvic pr rvvážý stupeň, uvedeýc v ap.9, pa dstáváme pr biárí směs s těavější slžu v libvlém amžiu destilace vjádřeí fázvé rvvá mezi apaliu a vziající páru,,,, Q r 0 2 Obr.2.7. ilačí scéma difereciálí destilace Obr.2.8. Prváí difereciálí a rvvážé destilace (2.4- Pr ulvý vstup a jede výstup, destilaci bez cemicé reace a bez aumulace pár je pdle rv.(9.2-8 bilace slž : d( 0 (2.4-2 dτ bilace etalpie je pa pdle rv. (9.2-9: d( Q (2.4-3 dτ ýsledý tepelý pří d vařáu Q zaruje případé ztrát eergie edalu tepelu izlací stě aparátu. ilace směsí je za uvedeýc předpladů 88
d 0 (2.4-4 dτ Elimiací času se bdrží vzta pr mžství a slžeí směsí a pr sptřebu eergie. Ta z rv. (2.4-4 ple dτ d d (2.4-5 pdle rv.(2.4-2 je d d( (2.4-6 a z rv. (2.4-3 d - d( dq (2.4-7 Tt rvice se itegrují pr dbu trváí destilace. Z rv. (2.4-5 se bdrží - (2.4-8 z rv. (2.4-6 d (2.4-9 0 a z rv. (2.4-7 d Q (2.4-0 0 Pru ad smblem představuje dtu zprůměrěu pr celu dbu trváí destilace. Při statím tepelém příu d vařáu se dá čeávat přibližě statí rclst dpařváí, tj. st. T látvé mžství pár se spčte z bilace etalpie (2.4-3 a z bilace směsí (2.4-4 Q ( d( d d d dτ dτ dτ dτ (2.4- pud je vecáí čleu s rclstí změ etalpie apali vzledem dtám statíc čleů rvice přípusté. Pa je ( Δ je dta pr středí dtu teplt lg Q Δ lg (2.4-2 Z rv.(2.4-4 pa lze jedduše dadut dbu vsádvé destilace 89
( lg τ (2.4-3 Q Δ Pára z vařáu dcází d dezátru. Prtže se euvažuje aumulace v dezátru, platí pr ttálí dezátr v libvlém amžiu rvice d d d d d d dq (2.4-4 a p itegraci (2.4-5 (2.4-6 Q (2.4-7 Spjeím rvic (2.4-5 a (2.4-6 ple vzta (2.4-8 a pr eergii dvedeu z dezátru vplývá z rvic (2.4-5 a (2.4-7 Q ( (2.4-9 Za dtu se dsazuje mlárí etalpie rvvážé pár s průměru cetrací a za se dsazuje mlárí etalpie destilátu při stejé dtě cetrace těavější slž. Pr bvlé zadáí, a lze apsat dvě bilace látvé mžství pr tři ezámé, a. alší ptřebý vzta se bdrží p rzepsáí bilace (2.4-6, v íž se dsadí za d z rv. (2.4-5 d d d a p itegraci d l d (2.4-20 K řešeí itegrálu se vužije rvvážé vztau (2.4-, z ěž se dsadí za. Tím se zísají tři rvice, tj. (2.4-8,(2.4-9,(2.4-20 pr tři ezámé. Je-li zadáa dta, je třeba zjistit dtu v mezi itegrálu. P vřešeí itegrálu se dá z rv.(2.4-9 určit dta. Sptřeba eergie ve vařáu se určí z rv. (2.4-0. Z í a z tepelé příu (plucí z přítu tpé pár či příu eletricé eergie se též zísá ptřebá dba vsádvé destilace τ Q / Q. 90
ifereciálí destilace je dalejší způsb děleí ež rvvážá destilace (viz br.2.8. jdeme-li v bu případec ze stejé slžeí prduvaé zbtu, pa při rvvážé destilaci [zázrěé a brázu přímu -rv.(2.2-2] je slžeí pár v rvváze se slžeím zbtu. ěem difereciálí destilace [příma 2-rv.(2.4-9] se slžeí apali a pár měí d ejvětší cetrace těavější slž a začátu ejmeší cetraci a ci destilace, d má zbte stejé slžeí ja zbte při rvvážé destilaci. P celu dbu difereciálí destilace vša měla apalia ve vařáu i pára, terá z í vziala, větší cetraci těavější slž ež a jejím ci. Prt je středí dta cetrace těavější slž v páře při difereciálí destilaci větší ež při rvvážé destilaci. 2.4.3 ýpčet při statí dtě relativí rvvážé pměru Pud se předpládá statí dta relativí rvvážé pměru α, dá se výpčet difereciálí destilace zjeddušit. Napíše se rv. (2.4-2 ještě pr slžu a rvice se avzájem dělí. užije-li se defiice (2.2-7, bdrží se d( d( α Z t ple d l( α d l( Itegrál pr dbu trváí destilace je při statí dtě α l α l (2.4-2 Pr výpčet je pratičtější frma l l α ( ( l (2.4-22 dd.2.4 jsme prbrali zjeddušeý ppis vsádvé jedstupňvé destilace tzv. difereciálí destilace a je řešeí při zámýc dtác rvvážé pměru a řešeí při statí dtě α. Pprvé v tmt tetu se uplatil v materálvé a etalpicé bilaci čle pr rclst aumulace. 2.5 sádvá stupňvá retifiace tmt ddílu se ppisuje vsádvá retifiace dvuslžvýc směsí rvicemi platými za předpladu, že eí třeba zarut d výpčtu zádrž apali a patrec a v dezátru. Je uázá řešeí rvic, je-li běem retifiace udržvá statí slžeí destilátu eb statí pměr zpěté tu. isutují se cb výpčtu způsbeé tím, že se ebere led a zádrž apali. 9
2.5. Úvd ýzam vsádvé retifiace spčívá v širýc mžstec vužití jedié aparatur a rzličé survi a pdmí prvzu retifiace. Je mžé debírat ěli frací destilátu s avzájem dlišým slžeím. Zařízeí je scematic zázrě a br. 2.9. Je pr ě tpicé t, že věž má puze bacvací část a bjem vařáu je větší ež při tiuálí retifiaci, ebť bsauje zásbu apali a celu dbu prcesu. Teplta směsi se měí eje d ejvšší dt ve vařáu d ejižší v dezátru (stejě ja při ustáleé retifiaci, ýbrž i v libvlém místě d ejižší dt v prvím amžiu retifiace ejvšší a jejím ci. sádvé zařízeí vžaduje áladější vbaveí pr měřeí a regulaci a astávají též časvé ztrát spjeé s učeím prcesu, vpuštěím bsau zařízeí, je včištěím a apuštěím další vsád. Prt se vsádvý prces pužívá ted, dž je třeba dělit směsi v epravidelýc časvýc itervalec, eb dž se v témž zařízeí mají zpracvat rzličé směsi. Je bvlý v mešíc výrbác vrábějícíc širší srtimet prdutů. 2.5.2 Ppis stupňvé vsádvé retifiace vice ppisu stupňvé vsádvé retifiace se liší d rvic (2.3- až (2.3-4 pr ustáleu retifiaci tím, že bsaují avíc aumulačí čle a prměé jsu závislé a času. Pr rvvážý stupeň platí mezi cetracemi ve vstupujícíc prudec vzta (2.5- Pud eastává cemicá reace, je bilace látvé mžství slž (viz br.2.20 d s ( ( ( ( 0 (2.5-2 dτ bilace etalpie pr stupeň je dh s ( ( ( ( Q 0 (2.5-3 dτ Pr aždu fázi platí sučtvé vzta K K 0, 0 (2.5-4 Řešeí těct rvic bl rzpracvá ja c se týče rzlžeí teplt a cetrací a patrec ta c se týče glbálíc výpčtů týajícíc se puze cvýc cetrací, tů a teplt a pčtu pater. dalším se mezíme a úl vsádvé retifiace směsí dvu slže a a t fází ezávislé a místě v retifiačí věži. Kdž se ebere v úvau zádrž fází a patrec a v dezátru, je ppis prcesu v retifiačí věži frmálě sdý s ppisem při ustáleém prvedeí retifiace. Pdle br.2.9 fuguje celá věž ja bacvací a platí Je becě mžé přivádět surviu i a rím ci eb a jiém místě retifiačí věže ež v br.2.9. 92
(2.5-5 ( (2.5-6 (2.5-7 Na rzdíl d tiuálí prcesu jsu vša prměé závislé a času. Pr retifiačí aparát ja cele je bilace těavější slž pr libvlý amži retifiace d( 0 dτ (2.5-8 bilace etalpie ( d Q Q (2.5-9 dτ a bilace prudů d 0 dτ (2.5-0 Q ( Q ( N N Q ( Obr.2.20.ilačí scéma stupě Obr.2.9.ilačí scéma. vsádvé retifiace Itegrál těct rvic závisí a způsbu prvedeí retifiace. ude vlže pstup výpčtu, dž se udržuje a statí slžeí destilátu (dta pměru zpěté tu se běem destilace zvětšuje, b statí dta pměru zpěté tu (cetrace těavějšíc slže v destilátu se běem destilace zmešuje. 93
2.5.2. Kstatí slžeí destilátu Z rv. (2.5-8 se bdrží vásbeím dτ a itegrací (2.5- Ideem je začea dta mžství a slžeí zbtu a ci destilace. Pdbě ple z rv.(2.5-9 Q Q (2.5-2 a z rv.(2.5-0 (2.5-3 2 0 2 Obr. 2.2. Graficé řešeí vsádvé retifiace s statím slžeím destilátu K určeí mžství eergie debraé z dezátru Q se vcází z rv.(2.3-3 pr je tepelý vý Q ( (2.3-3 ( vice se ásbí časvým itervalem dτ a z tů vziu difereciál dq ( ( d (2.5-4 Pdle rv.(2.5-0 je d d (2.5-5 P dsazeí je itegrál rv.(2.5-4 Q ( ( d (2.5-6 Kdž se spjí rv.(2.5- s (2.5-3 a elimiuje se mžství destilátu, bdrží se vzta (2.5-7 tét rvici jsu prměé a. vice se diferecuje d ( d 2 (2.5-8 ( 94