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

5. sdílení hmoty mezi fázemi
Číslo η = 100 (N teor / N)% nazýváme účinnost kolony v procentech a pro dobře navržená patra pro
daný proces bývá vyšší než 80%.
Plněné kolony
I v plněných kolonách, zmíněných podrobně v odst. 5.1., je protiproudý styk kapaliny s parou. Nelze
však dopředu říci, na jakém úseku výplně má dojít k rovnováze mezi odcházejícími proudy tak jako na
patře. Dělí-li výplňová kolona o výšce H tak jako teoretická kolona s N teor patry, pak výplň hodnotíme
veličinou H/N teor , nazývanou výška, odpovídající teoretickému patru. U průmyslových výplní to
bývá 0,2-0,4 m, v laboratorních kolonkách s nízkými průtoky to může být měřeno v milimetrech.
Místo počtu teoretických pater se zavádí někdy jistým integrálem definovaný pojem počet
převodových jednotek, přičemž za běžných
okolností jsou tyto hodnoty přibližně stejné.
V porovnání typů kolon jsou patrové kolony
poněkud méně citlivé na přesný návrh – pracují
i při značně sníženém výkonu kde ani
předimenzovaná patra většinou nezůstávají
suchá. Riziko nedokonalého smočení je u
výplňových kolon vyšší. Je-li kolona
poddimenzovaná pro daný průtok páry, hrozí v
každém případě její zahlcení – velkou rychlostí
postupující pára začne unášet kapalinu vzhůru.
Slabé zahlcování zhoršuje dělení, silnější
vyřazuje kolonu zcela z činnosti.
Expanze a částečné
zkapalnění
kapalina
obohacená
kyslíkem
páry bohaté
dusíkem
Lindeho kolona
Pro destilaci zkapalněného vzduchu se užívá
rovněž vícestupňové destilace ve dvojici
spřažených kolon – tlakové a atmosférické
viz obr. 5.27. Chlad, potřebný ke kondenzaci
zpětného toku v tlakové sekci se bere z vařáku
atmosférické sekce. Zpětný tok pro
atmosférickou sekci se získává ochlazením
směsi obohacené dusíkem expanzí. Lindeho
kolony jsou obvykle chráněny silnou tepelnou
izolací (na rozdíl od běžných kolon, kde ztráty tepla
bývají i jistou výhodou - pomáhá to kondenzaci).
parokapalinová
směs vzduchu
Obr. 5.27. Princip destilace vzduchu v Lindeho koloně
Výpočty destilace a destilačních kolon
Bilance a rovnováha
Chemickoinženýrské výpočty destilačních kolon v klasických příručkách a učebnicích se
soustřeďovaly především na úkol řešit kolonu jako protiproudý výměník hmoty, tedy jen o problém
bilance a rovnovah. Základním úkolem bylo navrhnout kolonu pro dosažení zadaného dělení. Byla
pro to vyvinuta řada grafických metod, které sice používaly řady zjednodušení, ale dávaly rychlý
výsledek, a pro zkušeného chemického inženýra byly i poměrně názorné. Zadá se složení a průtoky
produktů a hledá se počet pater a zpětný tok a tedy i potřeba ohřevu ve vařáku a chlazení
v kondenzátoru. Současně se najde i nejvhodnější místo pro přívod nástřiku. Tímto postupem byly
donedávna projektovány kolony pro celý mamutí průmysl rafinerií a těžkých chemických technologií.
126