ВКР Сотина. Исследование фазовых эффектов и методов разделения азеотропных смесей, утверждена приказом ргу имени С. А. Есенина от 20 г

• Название: Исследование фазовых эффектов и методов разделения азеотропных смесей, утверждена приказом ргу имени С. А. Есенина от 20 г
• Дата: 30.05.2022
• Размер: 1.21 Mb.
• Имя файла: ВКР Сотина.docx
• Тип: Исследование; #557448
• страница: 15 из 16

2.8. Вакуумная перегонка

Вакуумная перегонка - это процесс разделения (или очистки) веществ, основанный на разнице температур кипения веществ под вакуумом. Вакуумную перегонку используют, если перегоняемый продукт не может быть разогнан при атмосферном давлении из-за высокой температуры перегонки, так как происходит термическое разложение перегоняемого продукта.

На установку вакуумной перегонки переносят остаток ректификационной колонны. Температура остатка равна температуре его кипения или на пару градусов выше на случай охлаждения. Затем остаток поступает в приземистую колонну. Приземистая колонна имеет большой диаметр и низкое давление.

Внутри ректификационной колонны поддерживается атмосферное давление (1,03 атм.), а в вакуумной ректификационной колонне - 0,32— 0,40 атм. Если давление в колонне низкое, то процесс сопровождается охлаждением. Так как при пониженном давлении легкая фракция остатка сразу начинает кипеть и быстро испаряется.

Чтобы предотвратить процесс охлаждения в вакуумную колонну подается перегретый пар, то есть нагретый до 400°С пар под давлением. При этом от пара образуется тепло, которое передается остатку. Это способствует поддержанию высокой температуры. Процесс испарения продолжается, а также происходит регулирование давления.

Вакуумный насос, который работает в верхней части колонны, поддерживает давление.



Рис. 28. Вакуумная перегонка.

На рис. 28 представлена схема вакуумной перегонки остатка. Из вакуумной ректификационной колонны выходит несколько потоков. Легкий вакуумный дистиллят и тяжелый вакуумный дистиллят иногда получают как отдельные продукты. Обе фракции можно использовать как сырье для получения смазочных масел. Можно также получить легкую фракцию вакуумной перегонки (слитые вместе легкая и тяжелая вакуумные дистилляты).

Остатком вакуумной перегонки называют тяжелый продукт, который оседает на дне колонны. Его можно применяют в качестве сырья для производства битума или термического крекинга, как компонент для получения остаточного топлива. В вакуумной перегонке сущенствует ограничение. Невозможно определить температуру полного выкипания исследуемой смеси (прямогонного остатка). Это связано с тем что вакуумную перегонку не проводят при высоких температурах. Однако это не является недостатком данного процесса, поскольку точка выкипания при вакуумной перегонки не имеет значение [22].


2.8. Разделение в комплексе колонн азеотропных смесей, работающих под различным давлением.

Для того, чтобы разделить смеси, в которые входят компоненты со схожими температурами кипения и имеющие малый показатель коэффициента относительной летучести  , требуется большое количество тарелок в колонне. В результате разделения подобного типа смесей будут получаться большие флегмовые числа, соответственно расход энергии и охлаждающей жидкости в конденсаторе также будет высоким. Если смесь формирует азеотроп, то становится невозможным ее разделение на практически чистые компоненты традиционным способом ректификации (допустимо лишь получение одного из компонентов (х₀ ) и смеси, близкой по составу к азеотропу (х_аз ). При таких условиях нужно применять особые ректификационные методы:

1) разделение в комплексе колонн, работающих под различными давлениями;

2) экстрактивную ректификацию;

3) азеотропную и гетероазеотропную ректификацию.

Для разделения азеотропных смесей используются комплексы функционального действия, дающие возможность обойти лимитирование физико - химического свойства с получением продуктов требуемой химической чистоты. При различных давлениях составы азеотропов отличаются, также, в зависимости от давления состав питания может относиться как одной, так и другой ректификационной области. Эта особенность применяется в двухколонных комплексах, рассчитанных на разделение азеотропных смесей, где колонны действуют при различных давлениях (рис. 1.1). По большому счету, число повторений рецикла обуславливается составом исходной смеси, поступающей на разделение, и разности концентраций компонента А в азеотропах при двух различных выбранных давлениях, причем, чем эта разность меньше, тем большее количество рециклов произойдет. Обязательным требованием разделения на чистые компоненты в аналогичном комплексе бинарной смеси является более высокое содержание компонента А в азеотропе, выходящем из первой колонны, относительно его содержания в азеотропе, выходящем из второй колонны и прибывающем в первую. В соответствии с законом Вревского, изменение состава азеотропа на один градус температуры зависит от разности молярных теплот испарения компонентов. Описанная методика разделения является тем эффективнее, чем в большую сторону отличаются теплоты испарения разделяемых компонентов.



Рис. 29 Разделение азеотропных смесей в системах, работающих под разным давлением

Все же использование описанного метода на практике весьма ограничено, поскольку диапазон корректировки давления равным образом поставлен в рамки температур теплоносителей, хладагентов, термической устойчивостью составляющих компонентов смеси, а также лабораторными мощностями. [46]

2.9. Методы выбора сепарирующих агентов

Все определенные методы выбора сепарирующих агентов подразделяют на две группы:

1) методы, которые базируются на анализе данных о свойствах растворов, сформированные компонентами заданной смеси и предполагаемыми сепарирующими агентами;

2) методы, применяющие данные о свойствах компонентов.

Методики выбора сепарирующих агентов опираются на относительной оценке степени несовершенности азеотропных систем, сформированных компонентами предложенной смеси и рассчитывающим в использовании сепарирующим агентом. Таким образом, надо рассматривать как самые надежные те методы, которые позволяют с наибольшей точностью полагать о характеристиках и величине отклонений от закона Рауля в рассматриваемых бинарных системах. Желательно использовать те способы, которые основаны на применении свойств растворов, особенно таких, как температура кипения смесей, растворимость, составы и температура кипения азеотропов. Соотнося различные методики выбора сепарирующих агентов, необходимо обратить внимание, что все свойства растворов связаны, а их значения формируются характеристиками компонентов и силой их взаимодействия друг с другом. Поэтому о степени отклонений от совершенных условий надо рассматривать не по одному, а по целому ряду свойств.

Для определения сепарирующего агента может рассматриваться следующий путь. Сначала необходимо изучить данные о свойствах компонентов смеси, которые подлежат разделению, а также проанализировать равновесные условия между жидкостью и паром, для того, чтобы выявить ограничения химической совместимости сепарирующих агентов, и выдвинуть к ним базовые требования с учетом степени не идеальности требуемой смеси. После необходимо проверить информацию о равновесии между жидкостью и паром, об азеотропных смесях и растворимости в системах, сформированных компонентами предложенной смеси. Если подходящие отсутствуют данные о параметрах растворов или их достаточно мало, то, основываясь представлениями о полярности, о водородной связи или образовании π-комплексов, необходимы выбрать классы соединений, которые возможно применить в качестве предусматриваемых сепарирующих агентов.

При относительной оценке различных сепарирующих агентов естественно учитываются, технико-экономические факторы - стоимость, доступность, пригодность в коррозионном отношении, токсичность, пожароопасность и др. [39]