základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

5. sdílení hmoty mezi fázemi
d n D /dt = -d n W /dt = (dQ/dt) /∆H výp (5-22)
( n x )
d
W W
dn
+ y D
D
= 0
(5-23)
dt
dt
Na počátku odchází destilát nejtěkavější - v rovnováze s x F ,
postupně koncentrace odcházejícího destilátu klesá. Je
možno odebírat v čase postupně méně a méně těkavé frakce.
Při úplném oddestilování by smíšené destiláty měly opět
složení nástřiku.
Mžiková (flash) destilace je zvláštní případ, kdy enthalpii
pro fázovou přeměnu si v nějaké formě přináší přímo
nástřik a k vytvoření nové fáze dochází změnou podmínek
na vstupu do destilačního aparátu (například uvolněním
tlaku).
Obr. 5.19. Diferenciální destilace
(ilegální pálení lihovin)
Jednoduchá nepřetržitá rovnovážná destilace – současně přiváděn nástřik a teplo a odváděn destilát
a zbytek tak, že nedochází k akumulaci. Složení destilátu y D je v rovnováze se složením zbytku x W .
Máme zde 3 rovnice bilance + 1 rovnice rovnováha → 4 neznámé n D , n W , x W , y D .
Opakovaná vícestupňová destilace – rektifikace
Pro opakování destilace nemusíme mít pro každý
rovnovážný stupeň vlastní vařák a kondenzátor
(jako na historickém dřevorytu, obr.5.20.),
protože při seskupení jednotek do sloupce
(kolony) může chlazení obstarávat shora stékající
kapalina (zpětný tok, reflux) a ohřev zdola
postupující pára.
Obr. 5.20. Opakovaná destilace. Křivule sloužíla
jako dvojice vařák- kondenzátor.
John French The art of distillation, London 1651
Jsou seřazeny nad sebou tak, že pára postupuje nahoru a kapalina stéká
dolů. V této práci se budeme držet pravidla českých učebnic, kde se stupně
číslují shora dolů.
Americkou zvyklostí je číslovat stupně odspodu; při přebírání vztahů
z literatury je nutno užívanou konvenci sledovat!
Z i-té jednotky odchází vzhůru n V,i molů páry o složení y i ; dolů stéká n L,i
molů kapaliny o složení x i . Do i-té jednotky natéká shora n L,i-1 molů
kapaliny o složení x i-1 ; zdola sem vstupuje n V,i+1 molů páry o složení y i+1 .
V rovnovážním stupni je složení odcházejících proudů y i , x i takové, že
představuje právě jeden bod na rovnovážné křivky.
Proces je hnán teplem, dodávaným do vařáku, který je posledním
destilačném stupněm. Zde se kapalina zčásti přeměňuje v páru, vstupující
do paty kolony. Odpovídající teplo se odvádí z kondenzátoru, kde se pára
přeměňuje na kapalinu. Pro posouzení dělící schopnosti kolony je výhodné
uvažovat podmínky úplného zpětného toku.
Destilace v kolonách – Kolona má funkci řady
destilačních stupňů, v ideálním případě
pracujících jako
rovnovážné stupně.
x i-2 y i-1
x i-1
i-1
i
y i
x i y i+1
i+1
x i+1 y i+2
Obr. 5.21. Složení
proudů v destilačních
stupních
122