Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии презентация

Содержание

Содержание Лекция 1. Введение Лекция 2. Массообменные процессы. Лекция 3. Движущая сила. Число единиц переноса. ЧТТ. Лекция 4. Способы расчета ЧЕП. Равновесные системы. Лекция 5. Равновесие идеальных растворов Лекция

Слайд 1Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии
Для студентов профиля подготовки «Оборудование нефтегазопереработки»
Часть

1.

Слайд 2Содержание
Лекция 1. Введение
Лекция 2. Массообменные процессы.
Лекция 3. Движущая сила. Число

единиц переноса. ЧТТ.
Лекция 4. Способы расчета ЧЕП. Равновесные системы.
Лекция 5. Равновесие идеальных растворов
Лекция 6. Равновесие бинарных систем
Лекция 7. Равновесие бинарных систем (продолжение)
Лекция 8. Равновесие взаимно нерастворимых жидкостей
Лекция 9. Основы перегонки
Лекция 10. Ректификация
Лекция 11. Материальный баланс колонны
Лекция 12. Тепловой баланс колонны
Лекция 13. Тепловой баланс колонны (продолжение)
Лекция 14. Способы отвода и подвода тепла
Лекция 15. Ректификация многокомпонентных смесей
Лекция 16. Ректификация МКС (продолжение)
Лекция 17. Азеотропная и экстрактивная ректификация

Слайд 3Основной учебник
А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов,
А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ
НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ
И НЕФТЕХИМИИ

ИЦ

РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина 2012
Москва,Недра (2000, 2002)
УДК 60.011.665.6/7(075.8)
ББК 33.36

Слайд 4Дополнительная литература
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – Изд-во

«Альянс», 2006.
А.И.Владимиров, В.А.Щелкунов, С.А.Круглов. Основные процессы и аппараты нефтегазопереработки. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002.
Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. – Справочник под ред. Судакова Е.Н. – М.: Химия, 1979.

Слайд 5ВВЕДЕНИЕ В КУРС «ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ»
Лекция 1.

Слайд 6Основные понятия и определения
Цель курса:
Изучение физико-химических основ процессов нефтегазопереработки и нефтехимии;
Ознакомление

с принципами устройства оборудования для осуществления этих процессов;
Изучение основных методов расчета типовых процессов и аппаратов нефтегазопереработки и нефтехимии.

Слайд 7Основные понятия и определения
Процесс - всякое естественное или искусственное изменение

положения, формы или состояния вещества

Движущая сила процесса - стремление системы к состоянию равновесия

Чем больше система отклоняется от равновесия, тем выше скорость процесса.
Как правило, скорость процесса пропорциональна движущей силе.

Слайд 8Классификация процессов
по способу создания движущей силы
массообменные
гидромеханические
механические
тепловые
химические

ПРОЦЕССЫ

Слайд 9Массообменные процессы
переход вещества из одной фазы в другую за счет диффузии
Движущая

сила: разность концентраций вещества между соответствующими фазами системы
Скорость определяется законами массопередачи

Слайд 10Массообменные процессы
тв→ж растворение твердых веществ;
ж →тв кристаллизация;
ж →ж

экстракция;
ж →г испарение жидкости, десорбция;
г → ж конденсация паров, абсорбция;
ж↔ п ректификация;
тв→г возгонка, десорбция;
г →тв адсорбция.

Слайд 11Гидромеханические процессы
связаны с переработкой суспензий
Суспензия – неоднородная система, состоящая из жидкости

или газов и взвешенных в них твердых или жидких частиц
Движущая сила: разность давлений, обусловленная разностью плотностей.
Скорость определяется законами гидромеханики

Слайд 12Гидромеханические процессы
1) перемещение жидкости или газа;
2) перемешивание в жидкой среде;
3) разделение

жидких неоднородных систем (осаждение, фильтрование, центрифугирование);
4) очистка газов от пыли.

Слайд 13Механические процессы
- связаны с обработкой твердых тел и их перемещением
Движущая сила:

разность сил, давлений, градиент напряжений (сдвиг, растяжение)
 Скорость определяется законами механики твердых тел

Слайд 14Механические процессы
1) измельчение;
2) рассев;
3) транспортирование;
4) дозирование;
5) смешение.

Слайд 15Тепловые процессы
- связаны с теплообменом

Движущая сила: разность температур
 
Скорость определяется законами теплопередачи

Слайд 16Тепловые процессы
нагревание;
охлаждение;
испарение;
конденсация;
5) плавление;
6) затвердевание;
7) выпаривание;
8) кристаллизация.

Слайд 17Химические процессы
- связаны с химическими превращениями участвующих в процессе веществ и

получением новых соединений
Движущая сила: разность концентраций реагирующих веществ
Скорость определяется законами химической кинетики

Слайд 18Химические процессы
1) каталитический крекинг;
2) гидроочистка;


3) риформинг;
4) пиролиз;
5) полимеризация и т.д.

Слайд 19Классификация аппаратов
В основу классификации положен основной процесс, определяющий назначение аппарата
Аппараты и

машины
Массообменные
перегонные кубы;

кристаллизаторы;

экстракторы;

испарители, десорберы;

конденсаторы, абсорберы;

ректификационные колонны;

сушилки;

адсорберы.


Гидромеханические
электродегидраторы;

отстойники;

центрифуги;

циклоны;

электрофильтры;

фильтры;

мешалки


Механические
дробилки;

сита;

транспортеры;

дозаторы;

смесители.


Тепловые
трубчатые печи;

теплообменники;

холодильники;

испарители;

конденсаторы;

плавильные печи;

аппараты воздушного охлаждения (АВО).


Химические (реакторы)
с неподвижным слоем катализатора;

с псевдоожиженным слоем катализатора;

с фонтанирующим слоем катализатора;

с движущимся слоем катализатора;

с перемешивающими устройствами


Слайд 20Классификация процессов
по способу осуществления во времени
ПРОЦЕССЫ
непрерывные
периодические


Слайд 21Периодические процессы
Характеризуются единством места проведения и неустановившимся состоянием во времени
 Работа делится

на определенные циклы, в течение которых осуществляются все стадии процесса

Слайд 22Непрерывные процессы
Характеризуются единством времени проведения всех стадий процесса и установившимся режимом,

не зависящим от времени
 Обеспечивается непрерывный подвод сырья и вывод продуктов
Установившееся состояние – среднестатическое

Слайд 23Расчет процессов и аппаратов
Цель расчета:
определение расходов,
выбор оптимального режима работы,


обоснование размеров,
выбор конструкции аппарата, узлов, материала

Слайд 24Расчет процессов и аппаратов

Слайд 25ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
обоснование рабочих параметров процесса (температура, давление),
определение материальных и тепловых потоков
 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

РАСЧЕТ
определение размеров рабочих сечений аппаратов и перепадов давлений, обеспечивающих работу
МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
обоснование выбора материала, конструкции основных элементов, толщины стенки и т.д., обеспечивающих безопасную, надежную, длительную эксплуатацию аппарата

Слайд 27Теоретические основы курса
– основные физические законы:
2-й закон термодинамики,
законы, характеризующие соотношение между

концентрациями компонента в различных фазах
– основные уравнения, описывающие процесс: 
материальный баланс;
энергетический (тепловой) баланс;
условия равновесия.

Слайд 28Материальный баланс
По закону сохранения массы:
количество веществ, поступающих на переработку, равно количеству

веществ, получаемых в результате переработки


Для периодических процессов баланс составляют на одну операцию, для непрерывных – за единицу времени.
Баланс можно составить для всего аппарата или для отдельной его части, по всем компонентам или по одному.


Слайд 29Энергетический баланс
По закону сохранения энергии:
количество энергии, введенной в процесс, равно количеству

энергии, получаемой в результате проведения процесса



В балансе учитывают энергию:
поступающую и уходящую вместе с веществами;
изменения агрегатного состояния веществ;
отдельно от веществ (обогрев, потери тепла, работа насосов или компрессоров)


Слайд 30Материальные и тепловые балансы
Внешние:
для завода
для установки
для аппарата




Внутренние:
для части аппарата

Слайд 31Условия равновесия
характеризуют статику процесса и показывают пределы, до которых может протекать

данный процесс

Слайд 32Понятие о концентрации
Концентрация – относительное содержание отдельного компонента в смеси или

доля данного компонента в смеси

Слайд 33Способы выражения состава фаз
в массовых концентрациях:

Слайд 34Способы выражения состава фаз
в мольных концентрациях:

Слайд 35Способы выражения состава фаз
в объёмных концентрациях;


Слайд 36Взаимный пересчет массовых и мольных концентраций

Слайд 37Взаимный пересчет массовых и мольных концентраций

Слайд 38Средняя мольная масса смеси

Слайд 39МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Лекция 2.

Слайд 40Основные признаки массообменных процессов
1) применяют для разделения смесей,
2) участвуют две фазы,
3)

вещество переходит из одной фазы в другую за счет диффузии,
4) движущей силой является разность концентраций, y – yp или х - хр

Слайд 415) перенос вещества происходит через границу раздела фаз;
6) все массообменные процессы

обратимы, направление процесса определяется законами фазового равновесия, фактическими концентрациями компонента в фазах и внешними условиями (t, p);
7) переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия.

Основные признаки массообменных процессов

Слайд 42Основное уравнение массопередачи
Скорость любого процесса определяется количеством вещества М (кг), перешедшего

из одной фазы в другую через поверхность контакта фаз площадью F (м2) за время τ (час).
Движущая сила – разность между рабочей (y, х) и равновесной (yр, хр) концентрациями компонента, переходящего из одной фазы в другую.
Сопротивление процессу массопереноса R обусловлено сопротивлением пограничной пленки переходу компонента из одной фазы в другую



Слайд 43Основное уравнение массопередачи
Скорость массопередачи по газовой фазе:




Ky – коэффициент массопередачи или

скорости массобменного процесса,
характеризует массу вещества, переданную из фазы в фазу через единицу поверхности в единицу времени при движущей силе, равной единице



Слайд 44Основное уравнение массопередачи
Разность концентраций изменяется во времени, поэтому используем среднюю величину

движущей силы (индекс m):


или

, кг





Слайд 45Основное уравнение массопередачи
Размерность коэффициента массопередачи:



Размерность движущей силы для газовой и жидкой

фаз:
кг/м3, кг/кг, м3/м3, моль/моль, моль/м3;
и только для газовых фаз:
кГ/см2, Па, мм рт.ст. и т.д.






Слайд 46Основное уравнение массопередачи
по жидкой фазе:






За 1 час:

, кг/ч









Слайд 47Материальный баланс массообменного процесса
Переход вещества из газовой фазы в жидкую
G –

расход газовой фазы
L – расход жидкой фазы
y, x – содержание переходящего компонента в газовой и жидкой фазах
yн>yк xн< xк
 
 



Слайд 48Материальный баланс массообменного процесса
Количество переданной массы по всему аппарату:


уравнение материального баланса

- относительный расход жидкой фазы на единицу массы
(объёма) газовой фазы



- уравнения расхода фаз




Слайд 49Материальный баланс массообменного процесса
Материальный баланс нижней части аппарата до сечения а-а:





-

уравнение рабочей линии
(линии концентраций, оперативной линии)
- показывает изменение концентраций переходящего компонента в парах и в жидкости по высоте аппарата







Слайд 50Материальный баланс массообменного процесса








С
y
x
- характеризует концентрации переходящего компонента во встречных потоках

пара и жидкости в сечении а-а

Слайд 51Графическое представление массообменного процесса
Линия концентраций (рабочая линия) устанавливает связь между концентрациями

вещества в контактирующих неравновесных фазах
 
 
 
 

Кривая равновесия (равновесного состояния) связывает концентрации данного вещества в равновесных фазах


Компонент переходит из паровой фазы в жидкую (абсорбция)

Слайд 52Графическое представление массообменного процесса



Компонент переходит из жидкой фазы в паровую (десорбция)

Слайд 53Средняя движущая сила массообменного процесса. А. Средняя интегральная движущая сила
Дифференциальное уравнение

материального баланса:

Дифференциальное уравнение массопередачи:





Слайд 54Средняя движущая сила массообменного процесса. А. Средняя интегральная движущая сила







Слайд 55Средняя движущая сила массообменного процесса. А. Средняя интегральная движущая сила











Слайд 56Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила











Частный случай:

линия равновесия - прямая

Слайд 57Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила

















Слайд 58Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила



















Слайд 59Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила
























Слайд 60Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила



























Слайд 61Средняя движущая сила массообменного процесса. Б. Средняя логарифмическая движущая сила






























Слайд 62ЛЕКЦИЯ 3


Слайд 63ЧИСЛО ЕДИНИЦ ПЕРЕНОСА. ЧИСЛО ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК
.

Слайд 64Число единиц переноса
ЧЕП показывает, сколько единиц вещества переходит в другую фазу

при величине движущей силы, равной единице


Слайд 65


Число единиц переноса


- f, м2/м3 – удельная поверхность фазового контакта (насадки)

Слайд 66


Число единиц переноса






Слайд 67


Число единиц переноса










Слайд 68Число теоретических тарелок
Теоретическая тарелка – контактное устройство, которое обеспечивает получение равновесных

потоков фаз, покидающих контактную зону (т.е. приводит систему в состояние равновесия).
 
Число теоретических ступеней контакта, или ЧТТ, может быть рассчитано аналитическим или графическим методом при совместном решении уравнений равновесия и рабочей линии процесса.
 
Одна теоретическая тарелка выражает одно изменение движущей силы по газовой Δy и одно изменение по жидкой Δx фазам.

Слайд 69Число теоретических тарелок

Слайд 70Коэффициент полезного действия
локальный или точечный к.п.д.
к.п.д. тарелки
к.п.д. колонны

Слайд 71Коэффициент полезного действия
Локальный к.п.д. представляет собой отношение изменения состава пара или

жидкости в данной точке тарелки к изменению состава при достижении равновесной концентрации



Слайд 72Коэффициент полезного действия
К.п.д. тарелки или к.п.д. Мерфри, представляет собой отношение изменения

среднего состава паров или жидкости на тарелке к изменению состава при достижении равновесной концентрации





эффективность (к.п.д.) по парам




эффективность (к.п.д.) по жидкости

Слайд 73Коэффициент полезного действия
По значению локального к.п.д. и к.п.д. тарелки Мерфри оценивается

эффективность тарелки.
Соотношение между ними определяет степень смешения жидкости на тарелке, при полном перемешивании жидкости и пара их значения совпадают для каждой фазы.





Слайд 74Коэффициент полезного действия
К.п.д. колонны представляет собой отношение числа теоретических тарелок к

действительному числу тарелок, необходимых для разделения смеси.






Эффективность колонны как кинетическая характеристика зависит от соотношения потоков жидкости и пара, плотностей, вязкостей, и др.
К.п.д. колонны η является усредненным для всей колонны.

Слайд 75Коэффициент полезного действия
Для насадочных колонн отношение полной высоты слоя насадки к

числу теоретических тарелок (ЧТТ) на этой высоте называется высотой, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ) Нэ








Слайд 76СПОСОБЫ РАСЧЕТА ЧИСЛА ЕДИНИЦ ПЕРЕНОСА
Лекция 4.

Слайд 77Способы расчета числа единиц переноса
ЗАДАЧА
В скруббере аммиак поглощается водой из газа

под атмосферным давлением. Начальное содержание аммиака в газе 0,03 кмоль/кмоль инертного газа. Степень извлечения равна 90%. Вода, выходящая из скруббера, содержит аммиака 0,02 кмоль/кмоль воды.
Данные о равновесных концентрациях аммиака в жидкости и в газе при температуре поглощения приведены в таблице.
Определить требуемое число единиц переноса.

Слайд 78Первый способ расчета ЧЕП – графическим построением
По данным таблицы строим рабочую

линию и кривую равновесия.
Отрезки ординат между рабочей и равновесной линиями разделим пополам; через их середины проведем вспомогательную пунктирную линию.
Начиная от т.С строим ступенчатую линию таким образом, чтобы горизонтальные отрезки этой линии также делились вспомогательной линией пополам (ab=bc).
Каждая из полученных ступеней будет равна одной единице переноса, т.е каждой ступени соответствует такой участок аппарата, на котором изменение рабочей концентрации равно средней движущей силе на этом участке.

Слайд 79Первый способ расчета ЧЕП – графическим построением

Слайд 80Второй способ расчета ЧЕП – по числу теоретических тарелок

Слайд 81Третий способ расчета ЧЕП – графическим интегрированием

Слайд 82РАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ. РАВНОВЕСИЕ ИДЕАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Лекция 5.

Слайд 83Равновесные системы
При взаимодействии фаз системы через поверхность раздела происходит обмен веществом

и энергией.

В том случае, когда скорость перехода молекул жидкости в паровую фазу равна скорости их возвращения в жидкость, система находится в динамическом равновесии.

Равновесной системой называется такая система, которая может существовать неограниченно долго без каких-либо качественных или количественных изменений.

Условия существования равновесия:
1) постоянство температуры и давления во всех точках системы;
2) сосуществование фаз, т.е. их контакт.

Слайд 84Применение правила фаз к процессам перегонки
Компонентами системы называются те составные части,

концентрация которых может претерпевать изменения в различных фазах.
 
Состояние равновесия подчиняется правилу фаз Гиббса:

L = n + 2 – N

Слайд 85Насыщенные и ненасыщенные пары
Насыщенный – пар, находящийся в равновесии (сосуществующий) с

жидкостью
 
Давление насыщенных паров – давление, производимое паровой фазой, находящейся в равновесии с жидкостью при определенной температуре

Давление Р, производимое молекулами над жидкостью на стенки сосуда, принято называть
упругостью пара
или
давлением насыщенных паров

Слайд 86Насыщенные и ненасыщенные пары
ж
п
Ненасыщенные (перегретые) - пары, которые при данной температуре

и давлении образуют только однофазную систему (жидкая фаза отсутствует)

Слайд 87Насыщенные и ненасыщенные пары
Уравнение Антуана
А, В, С – константы, зависящие от

свойств веществ

Слайд 88Классификация бинарных смесей жидкостей

Слайд 89Равновесие идеальных растворов
Состояние равновесия бинарной смеси характеризуется давлением π, температурой t

и составом жидкой x´ и паровой y´ фаз.
При равновесии:
P = π, р= π и t = tкип



Слайд 90Равновесие идеальных растворов
Закон Дальтона
Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений

 

Парциальное давление

– давление отдельных газов, которое они имели бы, если каждый газ занимал бы при данной температуре объем всей смеси.
 





Слайд 91Равновесие идеальных растворов
Закон Рауля
Парциальное давление одного из компонентов, входящих в состав

раствора, равно произведению упругости пара чистого компонента при данной температуре на его мольную долю в жидкой фазе







уравнение изотермы идеального раствора

Слайд 92Равновесие идеальных растворов








Слайд 93Равновесие идеальных растворов








При равновесии:




Слайд 94
- уравнение изотермы паровой фазы


Равновесие идеальных растворов
Для точки С´:
Константы фазового равновесия:


Слайд 95Равновесие идеальных растворов Графический метод расчета равновесных составов фаз
D


π
P
P
P2
P2
P1
P1
0
0
1
ta
tw
t
x´
y´
C
C´
paw, ж
paw, п
pa, ж

=P1x´

pa, n =π y´

pa, ж

pa, n

x´,y´

K

K´




pa

pa

Слайд 96

Равновесие идеальных растворов. Построение кривой равновесия фаз.


По графику P- t для произвольно

выбранной t в интервале [ta;tw]:




В координатах y – x строим график кривой равновесия.

Слайд 97

Равновесие идеальных растворов. Кривая равновесия фаз.


При равновесии



- уравнение кривой равновесия фаз

Слайд 98

Равновесие идеальных растворов. Кривая равновесия фаз.





- коэффициент относительной летучести




Слайд 99

Равновесие идеальных растворов. Изобарные температурные кривые










относительное количество паров

относительное количество жидкости

Слайд 100

Равновесие идеальных растворов. Построение изобарных температурных кривых.


По графику P- t для произвольно

выбранной t в интервале [ta;tw]:




В координатах t – x,y строим изобарные температурные кривые.

Слайд 101РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Лекция 6.

Слайд 102

Равновесие идеальных растворов. Энтальпийная (тепловая) диаграмма













Слайд 103

Равновесие идеальных растворов. Равновесие при высоких давлениях













Слайд 104РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ЧАСТИЧНО ОТКЛОНЯЮЩИХСЯ ОТ ЗАКОНА РАУЛЯ
бензол + четыреххлористый углерод
хлороформ

+ бензол

Слайд 105РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ЧАСТИЧНО ОТКЛОНЯЮЩИХСЯ ОТ ЗАКОНА РАУЛЯ



Коэффициент активности γ

характеризует степень отклонения системы от идеальной:
γ > 1 - положительное отклонение;
γ < 1 - отрицательное отклонение.

Слайд 106РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ЧАСТИЧНО ОТКЛОНЯЮЩИХСЯ ОТ ЗАКОНА РАУЛЯ







- уравнение изотермы

Слайд 107РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХ АЗЕОТРОПНЫЕ СМЕСИ







Растворы, у которых составы паровой и

жидкой фаз совпадают, называются азеотропными


0 < x´F < x´A
a – НКК, w + азеотроп




x´ A < x´ F < 1
a – ВКК, a + азеотроп

Слайд 108РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХ АЗЕОТРОПНЫЕ СМЕСИ







ацетон+
сероуглерод

хлороформ+
ацетон

образуются с поглощением тепла, требуется меньше

энергии при разделении

- с выделением тепла, требуется больше энергии при разделении

Слайд 109РАВНОВЕСИЕ БИНАРНЫХ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХ АЗЕОТРОПНЫЕ СМЕСИ Особенности гомогенных в жидкой фазе азеотропов (гомоазеотропов)
1)

имеют tmax или tmin по сравнению с ta и tw ;

2) испаряются при tА=const;
 
3) испаряются без изменения состава;
 
4) не являются химическими соединениями, их состав зависит от давления








Слайд 110РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Системы, компоненты которых растворимы друг в друге в

строго определенных для каждой температуры пределах концентраций, вне этих пределов образуют два несмешивающихся жидких слоя

1) 0 < x´F < x´A и x´B < x´F < 1
полная растворимость
(1 жидкая фаза),
пары равновесны с жидкостью
 
2) x´A < x´F < x´B
2 жидкие фазы, состава x´A и x´B
 

Слайд 111РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Жидкости, образующие кривые растворимости первого типа (эвтектического класса)


x´A < y´E < x´B

1) 0 < x´ F < x´ A
x´ B < x´ F < 1
 
2) x´ A < x´ F < x´ B



 при давлении р1
ниже температуры tE паров нет
 


Слайд 112РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
При повышении давления до р2
гетероазеотроп превращается
в

гомоазеотроп

 


Слайд 113РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Жидкости, образующие кривые растворимости второго типа (неэвтектического класса)


x´A < x´B< y´E

0 < x´ F < x´ A - полная растворимость (1 ж.ф. и 1 п.ф.), пары равновесны с жидкостью
2) x´ A < x´ F < x´ B - 2 ж.ф., состава xA и xB и 1 п.ф.
3) x´ B < x´ F < 1 -   1 ж.ф. и 1 п.ф.

Везде a – НКК, w – ВКК


Слайд 114РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
При повышении давления до р2


компоненты растворимы
полностью

 


Слайд 115РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Лекция 7.

Слайд 116РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
2 ж.ф. + 1 п.ф.
Вода + углеводороды
1. В.П.

насыщенный







Для т. С :

Слайд 117РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Вода + углеводороды
1. В.П. насыщенный










Слайд 118РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Вода + углеводороды
2. В.П. перегретый











1 ж.ф. + 1

п.ф.




С'


Слайд 119РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО НЕРАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ














Слайд 120РАВНОВЕСИЕ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ В ПРИСУТСТВИИ ВОДЯНОГО ПАРА
В.П. + 2 углеводорода
1. В.П.

насыщенный


















2 ж.ф. + 1 п.ф.



pz=Pz


Слайд 121РАВНОВЕСИЕ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ В ПРИСУТСТВИИ ВОДЯНОГО ПАРА
В.П. + 2 углеводорода
1. В.П.

насыщенный


















Для т. С :








Слайд 122РАВНОВЕСИЕ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ В ПРИСУТСТВИИ ВОДЯНОГО ПАРА
В.П. + 2 углеводорода

2. В.П.

перегретый


















1 ж.ф. + 1 п.ф.










Температура системы не определяет pz
pz < Pz

в.п. способствует испарению углеводородов,
но затрудняет их конденсацию

Слайд 123ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ


Слайд 124ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ
Три способа:
однократное испарение (ОИ) и конденсация (ОК),
многократное испарение (МИ) и

конденсация (МК),
постепенное испарение и постепенная конденсация

Однократное испарение -
- до конца процесса
образующиеся фазы
не разделяются

Слайд 125ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ
Три способа:
однократное испарение (ОИ) и конденсация (ОК),
многократное испарение (МИ) и

конденсация (МК),
постепенное испарение и постепенная конденсация

Многократное испарение -
- образующиеся фазы разделяются в несколько приемов, т.е. несколько раз повторяется процесс ОИ


Слайд 126ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ
Три способа:
однократное испарение (ОИ) и конденсация (ОК),
многократное испарение (МИ) и

конденсация (МК),
постепенное испарение и постепенная конденсация

Постепенное испарение -
образующиеся пары
непрерывно отводятся;
является пределом
многократного испарения
(перегонка из колбы Энглера)


вода

конденсатор

Слайд 127ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ
Лекция 9

Слайд 128Обозначения
F – расход сырья, поступающего на перегонку
G – расход потока паров
g

– расход потока жидкости
xF – доля низкокипящего компонента в сырье
xF*, yF* – доли низкокипящего компонента в равновесных потоках жидкости и пара, образующихся в результате однократного испарения сырья
e – доля отгона, или доля паров в потоке сырья
ht – энтальпия потока жидкости при температуре t
Ht – энтальпия потока паров при температуре t



Слайд 129ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
материальный баланс









Слайд 130ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
в мольных единицах:








Без подбора, однозначно определяется e´ при

заданных xF , π, t

Слайд 131ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Пересчет мольной доли отгона в массовую











Слайд 132ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Если один из компонентов нелетуч (ВКК) (Р1 >>

Р2)













Слайд 133ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
- тепловой баланс

















-уравнение прямой, проходящей через три точки

на энтальпийной диаграмме

Слайд 134ОДНОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ






















Слайд 135МНОГОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
























После первой ступени:

Слайд 136МНОГОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ




























и т.д.
ОИ обеспечивает больший отгон, но жидкая фаза

содержит больше НКК, т.е. разделение при МИ лучше.

Слайд 137МНОГОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ




























ЖИДКОСТЬ
15% ПЕНТАНА
85% ГЕКСАНА






ПАРЫ
ПАРЫ
КОНДЕНСАТ
ПАРОВ
63% ПЕНТАНА
37% ГЕКСАНА
ПАРЫ
конденсатор
НАГРЕВ
конденсатор
конденсатор
КОНДЕНСАТ
ПАРОВ
49% ПЕНТАНА
51% ГЕКСАНА
КОНДЕНСАТ
ПАРОВ
35% ПЕНТАНА
65%

ГЕКСАНА

НАГРЕВ

НАГРЕВ

ЖИДКОСТЬ
37% ПЕНТАНА
63% ГЕКСАНА

ЖИДКОСТЬ
25% ПЕНТАНА
75% ГЕКСАНА

52 °С

62 °С

57 °С

ПЕРЕГОННЫЙ КУБ 1

ПЕРЕГОННЫЙ КУБ 3

ПЕРЕГОННЫЙ КУБ 2

СЫРЬЁ
50% ПЕНТАНА
50% ГЕКСАНА

Слайд 138МНОГОКРАТНОЕ ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ




























При уменьшении перепадов температур и увеличении числа ступеней

МИ переходит в пределе в постепенное испарение

Слайд 139ПОСТЕПЕННОЕ ИСПАРЕНИЕ
Начало перегонки: g0, x0
В рассматриваемый момент: g, x
После

увеличения температуры:
dg – испаряется, состав y,
g-dg - неиспарившаяся жидкость, состава x-dx.


















Материальный баланс:


Слайд 140ПОСТЕПЕННОЕ ИСПАРЕНИЕ


















- уравнение Рейлея



Слайд 141ПОСТЕПЕННАЯ КОНДЕНСАЦИЯ


























Слайд 142Сущность процесса ректификации
диффузионный процесс разделения жидкостей, различающихся по температурам кипения, который

осуществляется путем противоточного многократно ступенчатого или непрерывного контактирования паров и жидкости

Слайд 143Ректификация
Учебный фильм

Слайд 144РЕКТИФИКАЦИЯ
Лекция 10

Слайд 145Принципиальное устройство ректификационной колонны

Слайд 146Принципиальное устройство ректификационной колонны
неполные колонны

Слайд 147Материальный баланс колонны
для всей колонны по всем компонентам:


по НКК:





Слайд 148Материальный баланс верхней части колонны
По контуру 1:




или




- флегмовое число


Слайд 149Материальный баланс верхней части колонны










уравнение рабочей линии
уравнение линии концентраций
уравнение оперативной

линии

Слайд 150Материальный баланс верхней части колонны










По контуру 2 – для всей верхней

части колонны:









Слайд 151Материальный баланс верхней части колонны










,

Слайд 152Материальный баланс верхней части колонны Режим минимального орошения











Слайд 153МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ
Лекция 11.

Слайд 154Материальный баланс нижней части колонны
По контуру 1:




или




- паровое число










Слайд 155Материальный баланс нижней части колонны




















Слайд 156Материальный баланс нижней части колонны










По контуру 2 – для всей нижней

части колонны:












Слайд 157Материальный баланс нижней части колонны






















Слайд 158Материальный баланс нижней части колонны Режим минимальных паров













Слайд 159Общий вид уравнения рабочей линии
для нижней части колонны


- внутреннее флегмовое число














для верхней части колонны

Слайд 160Общий вид уравнения рабочей линии

- внутреннее флегмовое число






















Слайд 161Связь между основными параметрами ректификации






Слайд 162Тепловой баланс колонны












Слайд 163Тепловой баланс колонны






















Слайд 164Тепловой баланс колонны


























Слайд 165Тепловой баланс колонны
































Слайд 166Тепловой баланс колонны


































Слайд 167Расчет минимального орошения на энтальпийной диаграмме
































































Слайд 168Тепловой баланс верхней части колонны














































Слайд 169Тепловой баланс верхней части колонны
















































Слайд 170ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЛОННЫ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Лекция 11.

Слайд 171Тепловой баланс верхней части колонны
















































Р1 (yD, qD),

G (y, HT),


g (x, ht)
 




Слайд 172Тепловой баланс нижней части колонны




























































Слайд 173Тепловой баланс нижней части колонны




























































P2 (xW, qW )

G (y, HT )

g

(x, ht )



Слайд 174Построение рабочей линии с использованием энтальпийной диаграммы
Задано: xF, yD, xW, F(xF*;yF*),

КИФ.
Тт. D, W, O, F;
a, b, c
Находим положение тт. Р1 и Р2.
(Qd /D) = (Qd /D)min * КИФ
Строим рабочие линии, проходящие через полюс Р1 и полюс Р2.
Точки пересечения РЛ с энтальпийными кривыми определяют соответствующие концентрации НКК, принадлежащие РЛ на диаграмме x-y.




































































D

W

O

F

a

b

c

H,h

y

x

0

xF

xW

x*F

yD

y*F

x=yD

P1

P2

x,y

1

1

P1’


(Qd /D)min

Слайд 175Расчет числа теоретических тарелок графическим методом (Метод Мак-Кэба и Тиле)
































































Слайд 176Расчет числа теоретических тарелок графическим методом (Метод Мак-Кэба и Тиле)
































































Слайд 177Оптимальный режим работы колонны






Слайд 178Расчет числа теоретических тарелок с использованием энтальпийной диаграммы
































































Задано: xF, yD, xW,

е, КИФ.
Тт. А, В, С;
a, b, c
Находим положение тт. Р1 и Р2.
ИТК: 1(yD) - 2(xD*)
ЭД: 2(xD*) - 3(htD) - 4(y1)

Слайд 179Расчет числа теоретических тарелок с использованием энтальпийной диаграммы
ИТК: 5 (y1) –

6 (x1*)
ЭД: 7 (x1*) – 8 (y2)
ИТК : 9 (y2) – 10(x2*)
КЧ колонны: 3 ТТ
ПК (1-2) + 2ТТ (5-6; 9-10)

































































Слайд 180Расчет числа теоретических тарелок с использованием энтальпийной диаграммы
































































ИТК: 1’(xW) – 2’(yW*)
ЭД:

3’(yW*) – 4’(x1’)

Слайд 181Расчет числа теоретических тарелок с использованием энтальпийной диаграммы
































































ИТК: 5’ (x1) –

6’ (y1*)
ЭД: 7’ (y1*) – 8’ (x2)
ИТК : 9’ (x2) – 10’(y2*)
OЧ колонны: 3 ТТ
К (1’-2’) + 2ТТ (5’-6’; 9’-10’)

Слайд 182СПОСОБЫ ОТВОДА И ПОДВОДА ТЕПЛА
Лекция 12.

Слайд 183Расчет температур верха и низа колонны
Температура верха
Температура низа








Для бинарной смеси:

Слайд 184Расчет температуры ввода сырья в колонну








Для бинарной смеси:
При е≤ 1
При е

≥ 0

Слайд 185Способы создания орошения в колонне
Парциальный конденсатор
Холодное испаряющееся орошение
Циркуляционное неиспаряющееся орошение

Выбор способа

отвода тепла определяется условиями эксплуатации, свойствами перерабатываемого сырья и экономической эффективностью

Слайд 186Способы создания орошения в колонне




















Парциальный конденсатор

Слайд 187Способы создания орошения в колонне Холодное («острое») испаряющееся орошение











Слайд 188Способы создания орошения в колонне Холодное («острое») испаряющееся орошение





















Контур 1

Слайд 189Способы создания орошения в колонне Холодное («острое») испаряющееся орошение





















Контур 2










Слайд 190Способы создания орошения в колонне Холодное («острое») испаряющееся орошение

































Слайд 191Способы создания орошения в колонне Верхнее циркуляционное неиспаряющееся орошение






































Слайд 192













































Способы создания орошения в колонне Верхнее циркуляционное неиспаряющееся орошение

Слайд 193Способы подвода тепла в низ колонны 1. Змеевики или пучки труб, вмонтированные

непосредственно в корпус колонны

















































Слайд 194Способы подвода тепла в низ колонны 2а. Подогреватель с паровым пространством -

рибойлер



























































Слайд 195Способы подвода тепла в низ колонны 2б. Термосифонный рибойлер без перегородок


























































Слайд 196Способы подвода тепла в низ колонны 2в. Термосифонный рибойлер с перегородкой


























































Слайд 197Способы подвода тепла в низ колонны 3. Горячая струя




































































Слайд 198Выбор давления при ректификации






















































































Слайд 199Особенности работы колонны с вводом водяного пара






















































































Слайд 200Азеотропная и экстрактивная ректификация

Слайд 201Азеотропная и экстрактивная ректификация
Схема азеотропной перегонки

Слайд 202Азеотропная и экстрактивная ректификация
Схема азеотропной перегонки
этанол+ вода+бензол
 
э+в

э+б+в э+б
96,5%+3,5% 18,5%+74,1%+7,4% 32,4%+67,6%
t = 78,1оС t = 64,85оС t = 68,2оС
F D1 D2
 
Отстойник
t = 20оС
верхняя фаза нижняя фаза
84% об. 16% об.
э+в+б э+в+б
14,5%+1,0%+84,5% 53%+36%+11%
 
W1 - практически чистый этанол
W2 - слабый водный раствор этанола
D3 - азеотроп этанол+вода
W3 - вода

Слайд 203Азеотропная и экстрактивная ректификация
Схема азеотропной перегонки
Требования к растворителю:
образует низкокипящий азеотроп с

одним из компонентов;
химически стабильный;
дешевый и доступный.
 
Растворители:
спирты, МЭК, бензол

Слайд 204Азеотропная и экстрактивная ректификация
Схема экстрактивной перегонки
Требования к растворителю:
высокая избирательная способность;
хорошо растворяет

оба компонента;
легко отделяется;
термически и химически стабильный;
не вызывает коррозию;
не токсичен;
невысокая стоимость.
 
Растворители:
фенол, фурфурол

Слайд 205РЕКТИФИКАЦИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
Лекция 15.

Слайд 206Ректификация многокомпонентных смесей
Схемы разделения



3 компонента:


Слайд 207Ректификация многокомпонентных смесей
Особенности расчета





Слайд 208Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет процесса однократного испарения





























































Материальный баланс:

















Равновесие:




Слайд 209Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет процесса однократного испарения














































































Равновесие:








Слайд 210Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима полного орошения

















Слайд 211Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима полного орошения




















Слайд 212Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима полного орошения
























Слайд 213Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима полного орошения


























- Уравнение Фенске

Слайд 214Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения




























Слайд 215Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения





























Слайд 216Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения































Слайд 217Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения
































в

первом приближении принимаем:




или


Слайд 218Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения








































Слайд 219Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения










































Для

второго приближения:



Слайд 220Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения










































Во

втором приближении:





Слайд 221РЕКТИФИКАЦИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Лекция 16.

Слайд 222Ректификация многокомпонентных смесей
Метод расчета числа теоретических тарелок в режиме полного орошения










































Сечение

ввода сырья:









 

Слайд 223Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима минимального орошения










































- уравнения Андервуда
















Слайд 224Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима минимального орошения










































1) пар + жидкость



















2) перегретый пар
3)

жидкость, недогретая до температуры кипения

4) кипящая жидкость



Слайд 225Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет режима минимального орошения





























































Расчет корней θ
n-1 уравнение



. . .


Слайд 226Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет минимального флегмового числа и состава дистиллята





























































n+1 уравнение



. .

.







Слайд 227Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет минимального флегмового числа и состава дистиллята





























































Если неравенство

не выполнено, исключаем

корни θ1 , θn-1 , т.е. и












. . .




n-1 уравнение


и

Слайд 228Ректификация многокомпонентных смесей
Расчет минимального парового числа и состава остатка





























































Аналогично:
















Слайд 229Ректификация многокомпонентных смесей
Сложная колонна






















































































Слайд 230Ректификация многокомпонентных смесей
Сложная колонна






















































































Слайд 231Ректификация многокомпонентных смесей
Сложная колонна






















































































Материальный баланс по компонентам




a:

b:

c:

d:

Слайд 232Ректификация многокомпонентных смесей
Сложная колонна






















































































Материальный баланс по сумме компонентов




a:

a+b:

a+b+c:

a+b+c+d:



Слайд 233Ректификация многокомпонентных смесей
Особенности работы сложной колонны с промежуточным орошением





























































































Слайд 234Ректификация многокомпонентных смесей
Особенности работы сложной колонны с промежуточным орошением





























































































Преимущества:
1) увеличивается регенерация

тепла;
2) уменьшается количество паров, поднимающихся в расположенную выше простую колонну, и, следовательно, можно уменьшить ее диаметр;
3) уменьшается тепловая нагрузка конденсатора-холодильника на верху колонны вследствие сокращения количества орошения в этой части колонны.
 

отрицательные моменты:
1) уменьшается флегмовое число в вышерасположенной колонне;
2) увеличивается концентрация НКК в парах, поступающих в вышерасположенную колонну, а следовательно, и в жидкости, перетекающей в стриппинг-секцию, что осложняет работу этой секции.

Похожие презентации

Траектория движение тела, брошенного под углом к горизонту, с учетом сопротивления ветра 1095
The Volkswagen Käfer Convertible Police 259
Физико–химические свойства нефти, нефтепродуктов. Качество нефти и нефтепродуктов. Методы их анализа 686
Трансмиссия. Коробки передач 1062
Коаксиальный кабель 712
Кристаллические и аморфные тела 486

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика