Vegyipari műveletek II. Témakör: desztilláció Székely Edit BME VBK

Hasonló dokumentumok
Desztilláció. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Desztilláció: gyakorló példák

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

Gőz-folyadék egyensúly

Gépészeti Eljárástechnika Tanszék. Szakaszos rektifikálás mérés

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI

Lepárlás. 8. Lepárlás

8.8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi méretű rektifikáló oszlopon.

MAGYARÁZAT A MATEMATIKA NULLADIK ZÁRTHELYI MINTAFELADATSOR FELADATAIHOZ 2010.

Szabadsugár. A fenti feltételekkel a folyadék áramlását leíró mozgásegyenlet és a kontinuitási egyenlet az alábbi egyszerű alakú: (1) .

= és a kínálati függvény pedig p = 60

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

8.9. Folyamatos rektifikálás vizsgálata félüzemi mérető rektifikáló oszlopon.

Töltött rektifikáló oszlopok vizsgálata

Mechanika. II. előadás március 4. Mechanika II. előadás március 4. 1 / 31

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

Vegyipari műveletek II. Témakör: abszorpció Székely Edit BME VBK

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

Szénhidrogén elegy rektifikálásának modellezése

Matematika szintfelmérő szeptember

Folyamattan gyakorlat. 2017/ félév BME-KKFT Készítette: Stelén Gábor

Művelettan 3 fejezete

Többváltozós analízis gyakorlat, megoldások

Technológiai hulladékvizek kezelése fiziko-kémiai módszerekkel a körforgásos gazdaság jegyében

László István, Fizika A2 (Budapest, 2013) Előadás

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

8. oldaltól folytatni

A. mértékegységek (alap és származtatott mértékegységet, átváltások) neve: jele: neve: jele: hosszúság * l méter m. tömeg * m kilogramm kg

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

A fogyasztói döntés. Hasznosságelméletek. 3. előadás. Egyváltozós hasznossági függvény. kardinális hasznosságelmélet. ordinális hasznosságelmélet

Kémiai reakciók sebessége

10. elıadás: Vállalati kínálat, iparági kínálat Piaci ár. A versenyzı vállalat kínálati döntése. A vállalat korlátai

R E K T I F I K Á C I Ó

- anyagmérlegek felírása a szakaszos üzemű berendezés teljes üzemidejére;

Matematika OKTV I. kategória 2017/2018 második forduló szakgimnázium-szakközépiskola

BEPÁRLÁS. A bepárlás előkészítő művelet is lehet, pl. porlasztva szárításhoz, kristályosításhoz.

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Y 10. S x. 1. ábra. A rúd keresztmetszete.

SZAKASZOS REKTIFIKÁLÁS

Statika gyakorló teszt I.

8. Gőz-folyadék egyensúly tanulmányozása kétkomponensű elegyekben. Előkészítő előadás

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Mechanika II. Szilárdságtan

VASBETON LEMEZEK. Oktatási segédlet v1.0. Összeállította: Dr. Bódi István - Dr. Farkas György. Budapest, május hó

Kettős és többes integrálok

Kémia I. 6. rész. Halmazállapotok, halmazállapot változások

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

7. Kétváltozós függvények

Néhány érdekes függvényről és alkalmazásukról

Fázisátalakulások. A víz fázisai. A nem közönséges (II-VIII) jég kristálymódosulatok csak több ezer bar nyomáson jelentkeznek.

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

2011/2012 tavaszi félév 2. óra. Tananyag:

A lecke célja: A tananyag felhasználója megismerje a rugalmasságtan 2D feladatainak elméleti alapjait.

SZÁMOLÁSI FELADATOK. 2. Mekkora egy klíma teljesítménytényező maximális értéke, ha a szobában 20 C-ot akarunk elérni és kint 35 C van?

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

18. előadás ÁLLANDÓ KÖLTSÉGEK ÉS A KÖLTSÉGGÖRBÉK

(2006. október) Megoldás:

TERMODINAMIKAI EGYENSÚLYOK. heterogén és homogén. HETEROGÉN EGYENSÚLYOK: - fázisegyensúly. vezérlelv:

Kidolgozott feladatok a gyökvonás témakörhöz (10.A osztály)

az eredő átmegy a közös ponton.

Elegyek. Csonka Gábor 2008 Általános Kémia: oldatok 1 dia

3. Lokális approximáció elve, végeselem diszkretizáció egydimenziós feladatra

VEGYIPARI MŰVELETEK II. Anyagátadó műveletek és kémiai reaktorok

VEGYÉSZ ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

3. Az Sn-Pb ötvözetek termikus analízise, fázisdiagram megszerkesztése. Előkészítő előadás

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

1. feladat Összesen 21 pont

Lemezeshőcserélő mérés

1. feladat. 2. feladat

5. Laboratóriumi gyakorlat

A statika és dinamika alapjai 11,0

Halmazállapot-változások

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Egyenletek, egyenletrendszerek

1 1 y2 =lnec x. 1 y 2 = A x2, ahol A R tetsz. y =± 1 A x 2 (A R) y = 3 3 2x+1 dx. 1 y dy = ln y = 3 2 ln 2x+1 +C. y =A 2x+1 3/2. 1+y = x.

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Egyenletek, egyenletrendszerek

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

7.4. A programkonstrukciók és a kiszámíthatóság

Határérték. Wettl Ferenc el adása alapján és Wettl Ferenc el adása alapján Határérték és

1. gyakorlat. Oktatási segédlet hallgatók számára

Mit jelent az optimalizálás?

Az alkalmazott matematika tantárgy oktatásának sokszínűsége és módszertanának modernizálása az MSc képzésében

5. előadás

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

9. évfolyam Javítóvizsga felkészülést segítő feladatok

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Spontaneitás, entrópia

A differenciálegyenlet általános megoldása az összes megoldást tartalmazó halmaz.

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2017 nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Mérnöki alapok 5. előadás

Bepárlás. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Általános Kémia Gyakorlat II. zárthelyi október 10. A1

2018. MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA.

Átírás:

Vegipari műveletek II Témakör: desztilláció Székel Edit BME VBK sz-edit@mail.bme.hu

A desztilláció altémakörei A desztilláció előfordulása az iparban, mintapéldák. Jelentősége a múltban a jelenben és a jövőben. Alapfogalmak. Gőz-foladék egensúl mérése és számítása. A egszerű szakaszos desztilláció és jellemző készüléke. Folamatos egensúli desztilláció és készülékei. A rektifikálás és készülékei.

Desztilláció az iparban Etanol előállítása Élelemiszeripar Vegipar Bioetanol Etanol = etil-alkohol Molekulatömege: 46 g/mol Összegképlete: C2H6O Szerkezeti képlete: CH3CH2OH Főbb tulajdonságok: színtelen, szobahőmérsékleten foladék halmazállapotú anag. Vízzel korlátlanul elegedik. eggakrabban fermentációval állítják elő, majd desztillációval töménítik. A vízzel minimális forráspontú azeotrópot képez. Térszerkezete:

Desztilláció az iparban Etanol előállítása Kőolajipari elválasztások frakcionálás (további átalakítások után: üzemanagok, vegipari alapanagok pl. a műanagok előállításához, oldószerek pl festékipar számára, bitumen az útépítésekhez és még sok egéb termék)

Etanol előállítása Kőolajipari elválasztások Szennvíztisztítás Desztilláció az iparban Elsősorban nag oldószertartalmú ipari szennvizek Gázmosók vizei (lsd abszorpció)

A desztilláció múltja, jelene, jövője Két vag több illékon komponenst tartalmazó homogén foladékeleg legelterjedtebb elválasztási művelete. Az elválasztás alapja a komponensek eltérő illékonsága. Segédanag hozzáadását nem igénli, ezért körnezetkímélő, de az energiaigéne nag. Számos elválasztási feladatnál más elválasztó műveletekkel (még) nem helettesíthető.

Alapfogalmak - forráspont Forráspont: eg tiszta anag (eg komponensű anag) forráspontja adott nomáson jellemző az anagra. Tehát a forráspont függ: Az anagi minőségtől (több összetevő, azaz komponens estén ezek aránától) És a nomástól. Nagobb nomáson a tiszta anagok forráspontja magasabb. Ennek oka, hog eg foladék (akár eg, tiszta komponens akár foladékekeg) akkor forr fel, ha a gőznomása (tenzió, foladékeleg esetén a parciális nomások összege) eléri a foladék felett uralkodó nomást. A víz magasabb hőfokon forr a tengerszinten mint a magas hegségekben, mert a légnomás a tengeszinten nagobb, mint a hegekben.

Alapfogalmak tenzió A tenzió (gőznomás) eg egkomponensű (tiszta) anag felett, a gőzterében, egensúli körülmének között mérhető nomás. A tenzió függ az anagi minőségtől és a hőmérséklettől. Minden anag tenziója nő a hőmérséklettel. A tenzió (p 0 ) és a hőmérséklet (T) közötti összefüggést az Antione-egenlettel (1888) írhatjuk le (A, B, C az adott anagra jellemző konstansok, T a hőmérséklet): lg p 0 A C B T

Alapfogalmak - illékonság Az az anag az illékonabb, amelik forráspontja eg adott nomáson alacsonabb. Ha eg foladékeleg forr, akkor (általános esetben) az illékonabb komponens dúsul a gőztérben, a foladékban pedig nagobb hánadban lesz a kevésbé illékon komponens. Több komponensű eleg esetén a j komponens illékonsága számszerűsíthető a gőzfázisban () és a foladékfázisban () mérhető moltört hánadosával j j

Alapfogalmak - Raoult és Dalton törvének Dalton törvén Parciális nomásnak hívjuk azt a nomást, amel az adott gázhalmazállapotú komponens részesedése az össznomásból. Ezt fejezi ki a Dalton-törvén, ahol p j a j-edik komponens parciális nomása (Pa), j a j-edik komponens móltörtje a gőzfázisban P a rendszer össznomása (Pa). p j j P Raoult törvén Ideálisnak tekinthető gakorlati szempontból eg eleg, ha bármel összetételnél (a teljes vizsgált hőmérséklettartománban) igaz az elegre a Raoult-törvén, ahol p 0 j a j-edik komponens tenziója (Pa) adott hőmérsékleten j a j-edik komponens móltörtje a foladékfázisban. p j p 0 j j

Alapfogalmak forrpont-harmatpont és egensúli diagramok A diagramok megszerkeszthetőek mérési adatokból. A méréshez tartozó nomáson érvénesek.

Gőz-foladék egensúli adatok mérése A rendszert elektromos fűtéssel forrásba tartjuk. A nomásállandóságot biztosítjuk. A gőz fázist kerintgetjük, hog biztosan beálljon az egensúl (az átbuborékoló gőz keveri a foladékot is). Mintát veszünk mind a gőz mind a foladékfázisból, meghatározzuk ezek összetételét.

Alapfogalmak forrpont-harmatpont és egensúli diagramok A diagramok megszerkeszthetőek mérési adatokból. A méréshez tartozó nomáson érvénesek. Ideális elegeknél jól számolhatóak egszerű modellekkel. Ideális eleg: Igaz a Raoult törvén. Foladék fázisban is korlátlanul elegednek. Általában kémiailag közeli szerkezetűek, pl. szénhidrogének.

Forrpont-harmatpont és egensúli diagram közel ideális eleg Benzol-toluol eleg, atmoszférikus nomáson

Nem ideális elegek forrpont-harmatpont görbéi és egensúli diagramja Nem ideális eg eleg, ha az azonos és eltérő molekulák közötti kölcsönhatás jelentősen különbözik. Ebben az esetben a Raoult törvén nem igaz, a számítások során módosítások szükségesek. A T(), T(), () görbék aszimmetrikussá válnak. Minimális vag maimális forráspontú azeotrópok képződhetnek (az azeotróp összetételt adott nomáson desztillációval átlépni nem lehet) További információ: ajánlott irodalom.

Forrpont-harmatpont és egensúli diagram minimális forráspontú azeotróp izopropil-éter izopropanol eleg, atmoszférikus nomáson

Forrpont-harmatpont és egensúli diagram maimális forráspontú azeotróp Aceton kloroform eleg, atmoszférikus nomáson

Forrpont-harmatpont és egensúli diagram heteroazeotróp Etil-acetát víz eleg, atmoszférikus nomáson

Konzenzedén. Csak a lekondenzált (foladék halmazállapotú) fűtőgőzkondenzátumot engedi ki a túlnomású térből, a még használhatő fűtőgőzt nem. Üst. A duplafalú tartált általában gőzzel fűtik úg, hog a belsejében levő foladék folamatosan forrásban legen. Egszerű szakaszos desztilláció Kondezátor: a csövekben hűtővíz áramlik, a csövek hideg külső falán lekondenzál a pára. A vízszintes vonalon hegén álló háromszög foladékszintet jelöl Desztillátum gűjtő tartál. A desztillátum a lekondenzált és összegűjtött pára.

Egszerű szakaszos desztilláció A pára mennisége V, ami megegezik desztillátum menniségvel (D). Mindenkori összetétele (illékonabb komp. moltört) amel egensúlban van az uganabban a pillanatban az üstben mérhető moltörttel. Kiindulási anagmenniség, 0. Illkonebb komp. moltörtje 0 A maradék mennisége t 1 időpillanatban, 1 Illékonabb komp. moltörtje a maradékben 1 A desztillátum anagmennisge D (mol) összetételét az illékonabb komponens moltörtjével adjuk meg ( D )

Egszerű szakaszos desztilláció

Egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírás Az egszerű egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírásakor az alábbi egszerűsítő feltételezésekkel élünk: az üstben forrásban levő foladék és a belőle keletkező pára minden időpillanatban egensúlban van, a pára nem visz magával foladékcseppeket (a cseppelragadás elkerülhető, ha nem használnak túlzottan intenzív fűtést fontos a fűtési sebesség szabálozása), a pára részlegesen sem kondenzál le a kondenzátorig vezető úton (üst páratere és csővezetékek). Az üst és a páravezeték tökéletesen szigetelt (nincs hőveszteség). A matematikai leírása differenciálegenleteket igénel az állandósult állapot hiána miatt, mint hog minden egszerű szakaszos művelet időben változó körülméneket jelent.

Egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírás A Raleigh-egenlet és levezetése Írjuk fel az anag- és komponensmérleget eg elemi időegségre (nagon rövid időre), amit dt-vel jelölünk! A dt idő alatt dv menniségű, összetételű pára keletkezett (uganenni desztillátum, hiszen a lekondenzáltatott pára a desztillátum) és az üstben levő foladék mennisége is d-nivel csökkent. Az anagmérleg tehát: d dv d D

Egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírás A Raleigh-egenlet és levezetése 2 V d ) d )( d ( V d d d d d V d d d 0 d d d 0 ) ( d d d d 0 1 0 1 d d 1 0 0 1 ln d a differenciális komponens-mérlegegenlet és kifejtése: hanagoljuk el a dd tagot és rendezzük 0-ra: behelettesítve az anagmérlegből, hog d=dv szeparáljuk a változókat

0 Egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírás A Raleigh-egenlet és alkalmazása d ln 1 0 1 ahol és az egmással egensúlban levő gőz- illetve foladékfázisbeli motörtek, ameleket az egensúli diagramról lehet leolvasni; 0 a kezdeti (t 0 időpillanat) 1 a végső (t 1 ) időpillanatra vonatkozó érték; a foladék anagmennisége (mol) az üstben. Ha tehát ismert a kiindulási anagmenniség ( 0 ) és összetétel ( 0 ), valamint az előírt tisztaság ( 1 ) a Raleigh-egenlettel a maradék mennisége ( 1 ) számolható.

Egszerű szakaszos desztilláció matematikai leírás A desztillátummenniség és -összetétel számítása Ismert már 0, 1, 0, 1 A teljes anag- és komponensmérlegből a keresett menniségek kifejezhetőek: 1 0 1 0 D D D D D D 1 1 0 0 1 1 0 0 desztillát umösszetétel az átlagos ahol D

Az egszerű szakaszos desztilláció alkalmazása Egszerű szakaszos desztillációval elvileg bármekkora maradéktisztaság elérhető, de a gakorlatban csak kisebb mértékű tisztításra használják. Az ok gazdasági: a nag tisztasághoz a foladék jelentős részét el kell párologtatni, aminek jelentős az energiaigéne. Egszerű szakaszos desztillációnál a desztillátum összetétele mindig kisebb, mint a kiindulási elggel egensúlban levő páráé és nagobb, mint a kiindulási elegé. Az illékonabb komponensből viszonlag nag tisztaságot csak több egmás utáni desztillációval lehet elérni (lsd. egensúli diagram és pálinkafőzés). Az egszerű szakaszos deszitllációt előszeretettel alkalmazzák kisebb léptékben, minél nagobb menniségeket kell desztillálni annál inkább a folamatos műveletek válnak gazdaságossá.

Folamatos egensúli desztilláció, flash desztilláció Eg egensúli fokozatnak megfelelő, állandósult állapotban üzemeltetett desztillációs művelet, A betáplálást részlegesen elpárologtatják. A keletkező foladék (a maradék) és a pára (desztillátum) egmással egensúlban vannak, azaz az és összetételek az egensúli görbe egetlen pontjának koordinátái. A forrási hőmérséklet a desztilláció alatt állandó. Készülék szempontból három különböző megoldása van.

Folamatos egensúli desztilláció állandó A betáplálás mólárama F. Összetétele F (illékonabb komp. moltört). Az állandósult állapot feltétele, hog a betáplálás is időben állandó legen. nomáson A pára mólárama V. Összetétele (illékonabb komp. moltört) amel időben állandó és egensúlban van az az üstben mérhető (és az üstből távozó) moltörttel. Fűtőgőz betáplálás. A duplafalú tartál belső falának külső oldalán lekondenzál a fűtőgőz és íg melegíti a belső falat. A belső fal belső oldala hőt ad át a foladéknak, ami íg folamatosan forr. A maradékelvétel mólárama. Összetétele (illékonabb komp. moltört). Fűtőgőzkondenzátum elvétel kondenzedénen keresztül

Flash desztilláció nomáscsökkentéssel Foladék halmazállapotú betáplálás. Előmelegítő. Nomás alatt olan magas hőmérsékletre melegítjük a foladékot, hog még ne forrjon fel, de a nomáscsökkentés után már a forrpontja felett legen. Nomáscsökkentő szelep Pára Cseppelválasztó ciklon. A nomáscsökkentés hatására a forró foladék eg része elpárolog. A párából az el nem párolgott foladékcseppeket kiülepítjük, ez lesz a maradék. Maradék.

Folamatos egensúli desztilláció részleges kondenzáltatással Gőz halmazállapotú Betáplálás. Pára Részleges kondenzátor. A gőz halmazállapotú betáplálást annira lehűtjük, hog a kívánt összetételű foladék kondenzáljon le. Cseppelválasztó ciklon. A a hűtés hatására kivált foladékcseppeket párából kiülepítjük, ez lesz a maradék. Maradék.

A folamatos egensúli desztilláció matematikai leírása Anagmérleg V F Komponensmérleg V F F Fejezzük ki az -t az függvénében, majd ábrázoljuk az egenletet az egensúli diagramon! Az és értékek egensúli értékek, ezért a munkapontban az egensúli görbe eg pontja jelképezi. A munkapontot a kifejezett egenes és az egensúl görbe metszéspontja adja meg. V V F V V F V F V F F F F

A folamatos egensúli desztilláció matematikai leírása V F V F Az egenes meredeksége a maradék és a pára mólaránának arána. Ezeket mi állítjuk be a fűtés (esetleg hűtés) mértékével. ha V F F F V F F Tehát az egenest eg pontja és a meredeksége ismeretében ábrázolhatjuk.

A folamatos egensúli desztilláció matematikai leírása Folamatos egensúli desztillációval nem lehet tetszőleges tisztaságú párát és maradékot előállítani.

Folamatos egensúli desztilláció összefoglalás Ritkán használják önálló műveletként, mert csak korlátozott tisztaság érhető el. Eg elméleti fokozatnak megfelelő elválasztást lehet elérni. Nem ideális elegek esetében (pl. heteroazeotrópok) speciális esetben közvetlenül is alkalmazható. Egéb folamatos desztillációs elválasztásoknál, pl. rektifikálás, a visszaforraló üst folamatos egensúli desztillációnak tekinthető.

Folamatos rektifikálás Folamatos, állandósult állapotban végzett elválasztó művelet. Mivel folamatos művelet, jellemzően nag betáplálási áramok esetén gazdaságos. Elterjedten alkalmazzák az iparban (szén-hidrogénipar; oldószerek tisztítása, visszanerése; ipari szennvizek tisztítása). Foladék-gőz egensúlon alapul. Az órán csak két komponensű rendszerekről esik szó, de a valóságban sok komponens (összetevő) a jellemző. Kétkomponensű elegnél az illékonabb komponens a gőzfázisban (majd a desztillátumban), a kevésbé illékon komponens a foladékfázisban (majd a maradékban) dúsul. A folamatos rektifikálást rektifikáló oszlopban végzik.

Folamatos rektifikálás = többszöri részleges elforralás illetve kondenzáltatás Alsó oszloprész Felső oszloprész

Rektifikáló oszlop Az oszlop eg hengeres kialakítású, leggakrabban fémből vag kisebb léptékben üvegből készült cső. Ezen belül helezkednek el a tánérok vag töltetek, amelek a felfelé haladó pára és a lefelé csorgó foladék intenzív érintkeztetését (keveredését) biztosítják. A rektifikáló oszlopba érkezik a betáplálás (F) és két anagáramot veszünk el, a desztillátumot (D) és a maradékot (W). Ahhoz, hog a felső oszloprészben is legen lefelé csorgó foladék, a kondenzátorban lekodenzáltatott pára (immár foladék) eg részét visszavezetjük az oszlop tetejére (ez a reflu). Az üstbe bevezetett foladék eg részét elforraljuk, és a keletkező párát az oszlop aljára veztjük, íg biztosítjuk a felfelé szálló párát az oszlopban.

Rektifikálás - mérlegegenletek Teljes anagmérleg F D W A betáplálás (F), desztillátum elvétel (D) és a maradék elvétel (W) mind móláramban (pl. mol/s vag kmol/h) helettestíthetőek be. Komponensmérleg F F D D W Az összetételek moltörtben helettesítendőek be. W

Harangsapkás tánér 40

Szitatánér 41

Szelepes tánér 42

Szelepes tánér működési elve G ő z G ő z G ő z 43

Rektifikálás refluarán, Refluarán: R=/D munkavonalak A reflu (), desztillátum elvétel (D) és mind móláramban (pl. mol/s vag kmol/h) helettestíthetőek be, íg a refluarán dimenzió nélküli. Az állandó moláris elpárolgás tétele alapján a a pára illetve a foladék mólárama oszloprészenként állandó.

Rektifikálás állandó móláris túlfolás tétele Hívják még állandó moláris párolgás tételének vag ewis feltételnek is. Feltételezések: Az oszlop adiabatikusan működik (az oszlop jól van szigetelve, ezért nincs hőveszteség). A komponensek elegítésénél felszabaduló hő (elegítési hő) elhanagolható. Az oszlopban végbemenő felmelegedési és lehűlési entalpiaváltozások elhanagolhatók a párolgáshőhöz viszonítva. A komponensek moláris párolgáshője egenlő. Következmén: Foladék és páraáramok oszloprészenként állandóak

Rektifikálás refluarán, munkavonalak Az oszlopban a tánérokat egezménesen felülről lefelé számozzuk. Az adott tánért elhagó (egmással egensúlban levő) pára és foladékáramok indee a tánér száma. Az állandó moláris túlfolás tétele alapján: V 1 V... V 2 n V 0... 1 2 n

A komponensmérleg a felső oszloprészre: Rektifikálás felső munkavonal D n n D V 1 Anagmérleg a felső oszloprészre (uganez az egenlet írható fel a kondenzátorra is: D V Az n+1 -et kifejezve a komponensmérlegegenletből, és behelettesítve az anagmérlegegenletet: D n D n n D D D V D V 1

Rektifikálás felső munkavonal D n D n n D D D V D V 1 Helettesítsük be a refluaránt (R=/D): 1 1 1 R R R D n n Az indeek elhagásával általánosítva megkapjuk a felső munkavonal egeletét, ami a tánérok közötti térben az egmás mellett elhaladó áramok összetétele között teremt kapcsolatot: 1 1 R R R D

Rektifikálás alsó munkavonal Hasonló módon felírhatjuk az anagés komponens-mérlegegenleteket az alsó oszloprészre is. A V és különbözteti meg a móláramokat az alsó oszloprészben a felső oszloprész V és mólaramaitól: ' V ' W ' m V m1 W W

Rektifikálás alsó munkavonal W V ' ' W m m W V ' 1 Az -t kifejezve megkapjuk az alsó oszloprész munkavonalegenletét is: W m m V W V ' ' ' 1 W V W V ' ' '

Rektifikálás refluarán, munkavonalak A refluarán ismeretében (mi szabálozzuk) a felső munkavonalat meg lehet szerkeszteni az egensúli diagramon. Az alsó munkavonal megszerkesztéséhez azonban ismerünk kell a betáplálás hőállapotát. A betáplás hőállapota szabja meg, hog a felső oszloprészbeli (ismert) pára és foladék móláramoktól mennire tér el az alsó oszloprészbeli áramoktól. ' V ' W V ' W

q H F h F F Rektifikálás a betáplálás hőállapota, ahol H F az F összetételű telített gőz fajlagos entalpiája (J/mol), h F a betáplálás fajlagos entalpiája (J/mol), pedig az F összetételű eleg párolgáshője (J/mol). A betáplálás halmazállapota és h F q jellemzője forráspont alatti foladék, ún. hideg h F < H F 1 < q foladék forrponti foladék h F = H F q = 1 gőz és foladék keverék, q értéke h F = H F q r 0 < q < 1 megegezik a foladékhánaddal telített gőz h F = H F q = 0 túlhevített gőz h F > H F q < 0

Rektifikálás a betáplálás hatása a móláramokra q H F h F F Írjuk fel az anagmérleget a betáplálási tánérra: V F V A gőz foladék veges betáplálás esetén a foladékhánad (q) a lecsurgó foladékhoz, a gőzhánad (1-q) a felszálló gőzhöz adódik. q F V V ( 1 q) F

Rektifikálás a betáplálás hőállapota F q q q 1 1 1 A q ismeretében kifejezhető és megszerkeszthető a q-vonal. Vonjuk ki a felső munkavonal egenletét az alsó munkavonal egenletéből: W W D D V V ) ( ) ( W W W V V W V ' ' ' ' ' D D n D V V D V F F F q F q ) ( 1 F q q ) ( 1 F q F q V V ) 1 (

A legfontosabb, egszerűen elvégezhető közelítő számítások Minimális elméleti tánérszám meghatározása: A minimális elméleti tánérszám az előírt elválasztásra jellemző. Minél nagobb ez a számérték, annál nehezebb a desztillációs feladat. A számításhoz (szerkesztéshez) a desztilláció nomásán érvénes egensúli diagram, valamint az előírt desztillátum- és maradékösszetétel szükséges. Minimális refluarán meghatározása: Ahhoz, hog eg előírt desztillátum összetételt ( D ) elő lehessen állítani adott betáplálás összetétel ( F ) és hőállapot (q) mellett, a refluaránnak el kell érnie eg minimális értéket. Elméleti tánérszám meghatározása: A felső és az alsó munkavonal megszerkesztése után, McCabe Thiele lépcsőszerkesztéssel.

Elméleti tánérszám meghatározása

Rektifikálás - terhelési ténező m s F G faktor v kg Pa 3 m P P P M R T P 1 2 G 0 N valós A terhelési ténező (F terhelési ) meghatározza a gőz-foladék érintkeztetés hatásosságát. Függ a pára üres oszlopra vonatkoztatott áramlási sebességétől (v) és a pára sűrűségétől (ρ G ). A pára sűrűsége függ: átlagos moltömeg (összetétel!), hőmérséklet (mindig forrponti az oszlopban, azaz a nomás és az összetétel határozza meg), nomás. A nomás az oszlop tetejétől az alja felé nő.

Rektifikálás tánérhatásfok A működési tartomán az, ahol a görbék vízszintesek

Rektifikálás oszlopátmérő számítása v F faktor G Térfogatáram az oszlop tetején és alján R T V áll t V Ráll T V V P D o P 0 V v A 4V v V 2 D 4V 2 o D o 4 a Kiválasztunk eg olan terhelési ténező értéket (tartománt) amelnél az oszlop működése az optimális tartománba esik. A rögzített terhelési ténező mellett az oszlop tetején és az alján is kiszámítjuk az oszlopátmérőt (D 0 ). Olan átmérőt választunk amel mellett az oszlop összes tánérja megfelelő tartománban múködik.

Rektifikálás oszlopmagasság számítása Meghatározzuk szerkesztéssel az elméleti tánérszámot (N elm ). A tánérhatásfok (η tánér ) felhasználásával kiszámoljuk a valódi tánérok számát. Mindig felfelé kerekítünk. A tánérhatásfok függ: Tánér típusa (szerkezete) N N valós A tánér terhelési ténezője (F terhelési ). A tánérok számát megszorozzuk a tánértávolsággal. H N valós H elm tánér

Gazdasági optimum Csökken a szükséges oszlopmagasság (tánérszám) Jelentősen nő az oszlop átmérője

Gazdasági optimum Hűtés és fűtés költsége W W W F q D R F q V V Q 1 1 1) üst D D D R V Q 1 kond

Kondenzátor Q kond D R DD V 1

Részleges visszaforraló üst

Részleges visszaforraló üst

Teljes visszaforraló üst

Short-cut számítások

Rektifikálás töltött oszlopok Rendezetlen illetve rendezett töltetek lehetségesek. A rendezetlen töltet olcsóbb, de kisebb hatásfokú (azonos töltetmagassághoz lénegesen kisebb elválasztóképesség tartozik). A modern, rendezett töltetek laboratóriumi mérettől nagüzemi méretig elérhetőek.

Rendezetlen töltetes oszlop 69

Rendezetlen töltetek / gűrűk Raschig-gűrű Pall-gűrű 70 Kaszkád gűrű

Rendezetlen töltetek / nergek Berl-nereg Intalo-nereg 71 Szuper intalonereg

További rendezetlen töltetek Hópehel Konjugált gűrű 72 essing-gűrű

További rendezetlen töltetek Kerámia golók Envipack gömb 73 Spirális töltet

Rendezett töltetes oszlop 74

Rendezett töltetek 75

Foladék elosztók 76

Töltet alátámasztások 77

Töltet lefogók 78

Rektifikálás töltött oszlopok Folamatos fázis-érintkeztetés (elméleti tánérszám módszer ugan alkalmazható, de nem jellemző a folamatra). Az oszlop hosszában folamatosan változik az összetétel, nincs egensúl. Munkavonalak levezethetőek. Az anagátbocsátás a kétfilmelmélet szerint írható le (modellezhető).

Anagátadás, anagátbocsátás Fick I. törvéne: fázison belüli diffúzió d n d t A D A d c A d z A n A az A komponens mennisége (mol), t idő (s), A áramlásra merőleges felület (m2), D A az A komponens diffúziós egütthatója (m2/s), c A az A komponens koncentrációja (mol/m3), z helkoordináta (m).

Anagátadás, anagátbocsátás Fick I. törvéne: fázison belüli diffúzió d n d t Fluus J A A na A D A D d c A d z A A d c d z A

Fázison belüli anagtranszport

Filmelmélet J A D AB ( c Ai c A ) ( c Ai c A ) anagátadási ténező (m/s) filmvastagság (m) Oldódás, adszorpció: egfilm-elmélet Desztilláció, etrakció, abszorpció: kétfilm-elmélet

Kétfilm-elmélet, anagátbocsátási ténező ) ( ) ( ) ( Ai A Ai A Ai A A m m m J ( A) Ai A J Ai A A m J A Ai A J ) ( ) ( A A A A A K K J m K 1 1 m K 1 1 1 +

Rektifikálás töltött oszlopok H A a K V d ) ( d D F D F H H f A a K V H H d d A a K V H d d f NTU f HTU H f F W F H a A a K V H H d ' d 0 a NTU a HTU H a

HTU NTU módszer alkalmazása Height of a Transfer Unit- Number of Transfer Unit H H a H f HTU a NTU a HTU F NTU d a D d NTU f f W NTU f F

Töltetmagasság meghatározása HETP módszerrel HETP: Height Equivalent to a Theoretical Plate Elméleti tánérszám meghatározás a McCabe- Thiele módszerrel H N HETP

Forrás: Sulzer Oszlopátmérő meghatározása töltött oszlopok esetén Terhelés ténező módszerrel

Ajánlott irodalom Vegipari műveletek 2. elektronikus tananag (www.tankonvtar.hu) 1.3.1.1-1.3.1.2 fejezetek gőz- foladék egensúlok 1.3.2 fejezet desztilláció, rektifikálás alapjai 1.3.3 fejezet a rektifikálás készülékei Vegipari és biomérnöki számolási gakorlat segédlete és a garkolat vonatkozó anaga (http://vebi.kkft.bme.hu)

Főbb témakörök - tánéros oszlop Elméleti és valós tánérok Az üzemeltetés N min, R min meghatározása, a McCabe Thiele szerkesztés, hatásfok Gőzterhelés, F-faktor A tánéros oszlopok szerkezete, a tánérok működése 90

Rektifikálás töltött oszlopok Rendezetlen illetve rendezett töltetek lehetségesek. A rendezetlen töltet olcsóbb, de kisebb hatásfokú (azonos töltetmagassághoz lénegesen kisebb elválasztóképesség tartozik). A modern, rendezett töltetek laboratóriumi mérettől nagüzemi méretig elérhetőek.

Rendezetlen töltetes oszlop 92

Rendezetlen töltetek / gűrűk Raschig-gűrű Pall-gűrű 93 Kaszkád gűrű

Rendezetlen töltetek / nergek Berl-nereg Intalo-nereg 94 Szuper intalonereg

További rendezetlen töltetek Hópehel Konjugált gűrű 95 essing-gűrű

További rendezetlen töltetek Kerámia golók Envipack gömb 96 Spirális töltet

Rendezett töltetes oszlop 97

Rendezett töltetek 98

Foladék elosztók 99

Töltet alátámasztások 100

Töltet lefogók 101