تبلیغات
سر فصلی از مهندسی شیمی - برج تقطیر
 
صفحه نخست       تماس با مدیر       پست الکترونیک      RSS       ATOM
سر فصلی از مهندسی شیمی
 
جمعه 25 شهریور 1390 :: نویسنده : ابراهیم سیفی

تقطیر یکی از مهمترین و متداولترین روشهای جداسازی است و اساس آن بر توزیع اجزاء بین دو فاز بنیان گذاشته شده است . در تقطیر نیاز به حلال نیست و فاز جامدی هم در تقطیر ایجاد نمی شود . در ضمن تقطیر براحتی دردما و فشار مناسسب انجام پذیر است و براحتی بصورت چند مرحله ای در می آید ولی عملاًبه حرارت زیاد دارد و تلاف حرارت آن هم زیاد است . عمل تقطیر بر اساس فراریت نسبی انجام می شود و از آنجا که تقطیر بر مبنای انتقال جرم صورت می پذیرد لذا اساس تقطیر بر تعادل است . طبق قرارداد در مخلوط دو جزئی AوB،A را جزء فراتر در نظر می گیریم و مول جزئی A در فاز مایع و گاز را به xوy نشان می دهیم تعادل در فشار و دمای ثابت در شکل روبه رو آورده شده است . خط DF در این نمودار بیانگر حالت تعادل در دما و فشار مشخص است.

تقطیر یکی از مهمترین و متداولترین روشهای جداسازی است و اساس آن بر توزیع اجزاء بین دو فاز بنیان گذاشته شده است . در تقطیر نیاز به حلال نیست و فاز جامدی هم در تقطیر ایجاد نمی شود . در ضمن تقطیر براحتی دردما و فشار مناسسب انجام پذیر است و براحتی بصورت چند مرحله ای در می آید ولی عملاًبه حرارت زیاد دارد و تلاف حرارت آن هم زیاد است . عمل تقطیر بر اساس فراریت نسبی انجام می شود و از آنجا که تقطیر بر مبنای انتقال جرم صورت می پذیرد لذا اساس تقطیر بر تعادل است . طبق قرارداد در مخلوط دو جزئی AوB،A را جزء فراتر در نظر می گیریم و مول جزئی A در فاز مایع و گاز را به xوy نشان می دهیم تعادل در فشار و دمای ثابت در شکل روبه رو آورده شده است . خط DF در این نمودار بیانگر حالت تعادل در دما و فشار مشخص است.

برج تقطیر


این خط به نام خط رابط یا Tie Line معروف است . هر مخلوطی مثل E که در منطقه دو فاز می باشد به بخار F ومایع در حال تعادل با F یعنی D تبدیل می شود که محل E تعیین کننده مقدار نسبی دو فاز است در مورد این خط رابطه قانون اهرمها صادق است . همانطور که در شکل زیر نشان داده شده ، ملاحظه می گردد که مخلوط دو جزئی در یک رنج دمایی از نقطه NتاQ می جوشد از طرف دیگر از درس ترمودینامیک به یاد داریم که در نقطه حباب اولین حباب بخار و در نقطه شبنم اولین قطره مایع تشکیل می شود.

ثابت=t

مایعL

L+V

p-x(bubble points)

P


 

 

 

 

X,Y

P-Y(diw points)

بخارV


نمودار های تعادلی بخار مایع در فشار و دمای ثابت

 

 

 

 

 

  : قانون دالتون

طبق قانون دالتون : دریک گاز ایده آل فشار جزئی متناسب با جزء مولی است و لذا فشار کل برابر مجموع فشارهای جزئی است .

: قانون رائولت

طبق قانون رائولت : برای یک مخلوط ایده آل فشار جزئی به مول جزئی در فاز مایع مربوط می شود که در این فشار بخار خالص جزء A می باشد و ملاحظه می شود که برای سازنده ای که غلظت آن در مخلوط زیاد است صادق می باشد .

: قانون هنری

طبق قانون هندی :  که   ثابت هندی بوده و ملاحظه می شود که این قانون برای مقادیر کم و برای محلول های بسیاز رقیق به جزء نا صادق است .

فراریت نسبی

ضریب توزیع است به صورت  تعریف می شود فرم ساده ترش:  

طبق قرارداد جزء A به عنوان جزء فراتر در نظر گرفته می شود می توان نتیجه گرفت که تقطیر در صورتی امکان پذیر است که باشد و هرچه  بزرگتر ، تقطیر راحت تر صورت می گیرد . د رمورد سیستم های ایده آل با توجه به قانون دالتون و رائولت داریم :

   به مخلوطهائی که فشار کل آنها از مقدار پیش بینی شده توسط قانون رائولت بزرگتر باشد ، مخلوطهای با انحراف مثبت از حالت ایده آل می گویند .

 

شرط برقراری این نامساوی                                       برای تبدیل این نامساوی به تساوی از ضریب فعالیت استفاده می کنیم .

 

با توجه به جهت نامساوی ها مشخص می شود که  یا  است . برای این مخلوطها قانون رائولت برای جزی که دارای غلظت زیاد تر است بطور تقریبی بر قرار است .

روش تقطیر مخلوطهای دو جزئی :

در شرایط مطلوب  نقطه ای از تعادل است .از حل معادله فوق با رابطه تعادل ،  بدست می آید مطابق شکل زیر مشخص است که برای افزایش غلظت بخار باید شیب خط  به سمت بی نهایت میل کند ، این حالت مربوط به نقطه P است . د راین نقطه مقدار بخار برعکس غلظت بخار بسیار کم ( ) و غلظت مایع در حال تعدل همان ** است . از طرف دیگر در همین شکل مشخص است که برای کاهش غلظت بخار باید شیب خط به سمت صفر میل کند این حالت مربوط به نقطه T است .د راین نقطه مقدار مایع بسیار کم ( ) و غلظت بخار در حال تعادل **است. 

طراحی یک برج تقطیر سینی دار :

با توجه به شکل زیر و در نظر گرفتن پوش داریم : و با نوشتن موازه جرم حول پوش  داریم با حل همزمان دستگاه داریم  که در یان رابطه و  مشخصات مایع و بخاری است که باهم در تبادل جرم می باشند . این رابطه در حالت کلی مطالعه یک منحنی است چرا که و  ثابت نیستند و مبین رابطه تبادل بالای ستون تقطیر (بخش بالای خوراک ) می باشد . در صورت تساوی گرمای نهای تبخیر اجزاؤ خالص و صرفنظر کردن از افت حرارتی در طول برج می توان فرض کرد که جریانهای مولی در طول برج ثابت می باشند :

م چنانچه ، مایع برگشتی در نقطه حباب شده  بوده و داریم : که در این رابطه R نسبت مایع برگشتی می باشد .

به این ترتیب با توجه به توضیحات فوق داریم :  

معادله اخیر معرف خط تبادل بالا برج است . این خط از نقاط و  گذشته و دارای شیب  می باشد . بطور مشابه و با نوشتن موازنه جرم کلی و جزئی بریا بخش پایینی برج معادله خط تبادل پایین به صورت زیر خواهد شد .

که این خط از نقطه(  ) گذشته و دارای شیب  می باشد . درشکل زیر خط تبادل بالا و پایین رسم شده است . نقطه تقاطع این دو خط محل ورود خوراک سات . برای محاسبه تعداد سینی های ایده آل یک برج تقطیر مداوم دو روش وجود دارد : (1) روش تقریبی و سریع مک کیب-تیل و به کمک نمودار XY (2) روش دقیق پانچون- ساواریت و به کمک نمودار HXY روش مک کیب تیل : فرضهای این روش تقریبی و سریع عبارتند از (الف) گرمای نهان تبخیر مولی اجزاء برابر فرض می شود (ب) افت حرارتی وجود ندارد (ج) در اثر اختلاف حرارتی ایجاد نمی شود .

با انجام این فرضیات همانطور که مورد خط تبادل بالا هم مشاهده شد ، مقادیر LوV دربالا و پایین برج ثابت می شود . همچنین در صورتی که  ،  نباشد خطای این روش زیاد شده و این روش قابل استفاده نیست . دراین روش منحنی تعادل و خطتبادل در مختصات xy رسم شده و از رسم پلکان بین منحنی تعادل و خطوط تبادل بالا و پایین تعداد مراحل ایده آل بدست می آید.                                                                                                                                                      

عرض از مبدا این خط

1-   

     ثابت =شیب

محاسبات :

محاسبه دبی بخارات مایع شده در بالای برج                                                

محاسبه دبی جرمی محلول:

Q تقطیر از 800 تا 500    

 

دمای کندانسور : Tci آب سرد ورودی    73/20

Thi آب گرم خروجی                                  20/28

زمان کندانسور : 3lit آب وارد شده 25/7 ثانیه

دمای سینی دهم : 66/15c بخارش ، 44/2 بخاری که تبدیل به مایع شده

کسر مولی اکس   25/0

کسر مولی آب Xb     75/0






نوع مطلب :
برچسب ها :


درباره وبلاگ

روزی در آخر ساعت درس یك دانشجوی دوره دكترای نروژی ، سوالی مطرح كرد: استاد،شما كه از جهان سوم می آیید،جهان سوم كجاست ؟؟ فقط چند دقیقه به آخر كلاس مانده بود.من در جواب مطلبی را فی البداهه گفتم كه روز به روز بیشتر به آن اعتقاد پیدا می كنم.به آن دانشجو گفتم: جهان سوم جایی است كه هر كس بخواهد مملكتش را آباد كند،خانه اش خراب می شود و هر كس كه بخواهد خانه اش آباد باشد باید در تخریب مملكتش بكوشد.

پروفسورحسابی
مدیر وبلاگ : ابراهیم سیفی

آرشیو وبلاگ
نویسندگان
Online User
آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :