ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΜΑΖΑΣ. - Απορρόφηση - Απόσταξη - Εκχύλιση - Κρυστάλλωση - Ξήρανση

Transcript

1 ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΜΑΖΑΣ - Απορρόφηση - Απόσταξη - Εκχύλιση - Κρυστάλλωση - Ξήρανση

2 Απόζηαμε Γηάθξηζε Αλάινγα κε ηνλ αξηζκό ηνλ ζπζηαηηθώλ πνύ εηζέξρνληαη ζην αξρηθό κίγκα απόζηαμε δπαδηθώλ κηγκάησλ απόζηαμε πνιπζύλζεησλ κηγκάησλ απόζηαμε πνιύπινθσλ κηγκάησλ ύκθσλα κε ηνλ ηξόπν δηαρσξηζκνύ. άπιεο απνζηάμεηο (ζε κία βαζκίδα ρσξίο αλαξξνή) δηαθνξηθή απόζηαμε, απόζηαμε ηζνξξνπίαο, απόζηαμε κε πδξαηκό, 2. θιαζκαηηθή απόζηαμε (πεξηζζόηεξεο από κία βαζκίδεο θαη αλαξξνή) Αλάινγα κε ηνλ ηξόπν ιεηηνπξγίαο απνζηάμεηο ζπλερνύο ή αζπλερνύο ιεηηνπξγίαο απνζηάμεηο ρακειήο ή πςειήο πηέζεσο

3 Ιζοπποπία αημών/ςγπού λόκνο ησλ θάζεσλ Gbbs: f + π = c + 2 π = 2 f = c f - βαζκνί ειεπζεξίαο ηνπ ζπζηήκαηνο π - αξηζκόο θάζεσλ c - αξηζκόο ζπζηαηηθώλ Ιδανικά μίγμαηα αηκνί θαη δηάιπκα ζπκπεξηθέξνληαη ηδαληθά λόκνο aoul : e e e - κεξηθή πίεζε ζπζηαηηθνύ θαηά ηελ ηζνξξνπία - ηάζε αηκώλ ζπζηαηηθνύ ζηε Σ ηνπ κίγκαηνο - κνξηαθό θιάζκα ζπζηαηηθνύ ζηελ πγξή θάζε λόκνο alon : e - νιηθή πίεζε κίγκαηνο αηκώλ κνξηαθά θιάζκαηα aoul θαη alon : n e n e 2e 3e n ne n e

4 Γπαδηθά κίγκαηα e ) ( ) (- B B B B Be e e / / ) ( B B B B Be e Α πιένλ πηεηηθό λόκνο ησλ θάζεσλ Gbbs: f + π = c + 2 f = c =2 f - βαζκνί ειεπζεξίαο ηνπ ζπζηήκαηνο π - αξηζκόο θάζεσλ c - αξηζκόο ζπζηαηηθώλ Ιζνξξνπία δπαδηθώλ κηγκάησλ, (T=cons) T, (=cons) (=cons)

5 Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο - ηδαληθώλ κηγκάησλ ΠΔΒ f ( ) e Be ΠΔΤ f ( e ) Δάλ = K θαη ύζηαζε πγξήο θάζεο (Α) = K ύζηαζε αέξηαο θάζεο (Α) = K alon : K K K K ΠΔΤ από ηνκή ησλ = θαη = K γξακκέο ζύλδεζεο

6 Απεηθόληζε δηεξγαζίαο κεξηθήο εμάηκηζεο, ππό ζηαζεξή Σ, ζε δηάγξακκα - ΠΕB ( f( )) πεξηνρή ππόςπθηνπ πγξνύ ΠΕΒ ΠΕΥ θεθνξεζκέλν πγξό θεθνξεζκέλνη αηκνί ΠΕΥ ( f( ππέξζεξκνο αηκόο e ))

7 Γξακκέο = f(x ) ζε δηάθνξεο ζεξκνθξαζίεο T B =T 5 >T 4 >T 3 >T 2 >T =T ΠΔΒ f ( ) e Be B

8 Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο ζεξκνθξαζίαο-ζπζηάζεσο T- ΘΔΒ : T f( θακπύιε ζεκείνπ θπζαιίδαο ) κοπεζμένο ςγπό ΘΔΤ : T f( e ) θακπύιε ζεκείνπ δξόζνπ κοπεζμένορ αημόρ γξακκέο ζύλδεζεο αλνηθηό ζύζηεκα (απνκάθξπλζε αηκώλ ), T B θαλόλαο κνρινύ : kgmoleσγρού kgmoleατμών S T : ςπότςκηο ςγπό : αημόρ + ςγπό : ςπέπθεπμορ αημόρ από γξακκέο ζύλδεζεο ( 2-2 έσο ) δηάγξακκα ηζνξξνπίαο e =f()

9 Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο Αe =f( Α ) ηδαληθώλ κηγκάησλ e e B B ρέζε none T C B log( ) Από γξακκέο ζύλδεζεο ( ) Τπνινγηζηηθά

10 ρεηηθή πηεηηθόηεηα ηζνξξνπία αηκώλ/πγξνύ ρεηηθή πηεηηθόηεηα ηνπ σο πξνο ην j α j K K j e je / / j K = e / θαη K j = je / j ζπληειεζηέο θαηαλνκήο δπαδηθά κίγκαηα (Α,Β) α B K K B e Be / / B e (- (- e ) ) δπαδηθά ηδαληθά α κίγκαηα (Α,Β) B α ΑΒ =f(,t,x) K K B B Δμάξηεζε ηεο γξακκήο ηζνξξνπίαο e =f() από ηε ζρεηηθή πηεηηθόηεηα α ιδανικά μίγμαηα α ΑΒ ανεξάπηηηο X Α e α (α B B -) α ΑΒ = αδύλαηνο ν δηαρσξηζκόο Α-Β

11 Κ α ΑΒ / ζπληειεζηέο θαηαλνκήο βνπηαλίνπ

12 Μη ιδανικά μίγμαηα αημών-ςγπού a γ j j j j je e j j ν f γ ν f γ / / K K α j j j γ γ α γ : ζςνηελεζηήρ ενεπγόηηηαρ ζηην ςγπή θάζη a : ελεξγόηεηα ρεηηθή πηεηηθόηεηα α j Σε σαμηλέρ πιέζειρ. γ > θεηική απόκλιζη από λόκν aoul 2. γ < απνηηική απόκλιζη από λόκν aoul 3. γ = ιδανική ζςμπεπιθοπά γ a ή ν : ζςνηελεζηήρ ενεπγόηηηαρ ζηην αέπια θάζη f : πηεηηθόηεηα (f : ηάζε δηαθπγήο) f ν πγξή θάζε αέξηα θάζε f f γ ν f γ f

13 Θεηηθή απόθιηζε από ηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά e Be ( ) B

14 Θεηηθή απόθιηζε από ηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά. Αδενηξνπηθά κε ειάρηζην ζεκείν δέζεσο Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο -, T- - αδενηξνπηθώλ κηγκάησλ κε ειάρηζην ζεκείν δέζεσο ΘΔΒ T ΘΔΤ T f ( ) f ( ) e ζε T M, M α ΑΒ =, αδύλαηνο ν δηαρσξηζκόο

15

16 Θεηηθή απόθιηζε. Μεξηθώο αλακίμηκα πγξά. Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο -, T- - κεξηθώο αλακίμηκσλ πγξώλ ΘΕΒ T f ( ) ΘΕΥ T f ( e ) δύν ζπζηαηηθά ηξείο θάζεηο f= ζε δεδνκέλε T=cons. αλεμάξηεηε

17 Θεηηθή απόθιηζε. Με αλακίμηκα πγξά. απόζηαμε κε πδξαηκνύο δύν ζπζηαηηθά ηξείο θάζεηο f= ζε δεδνκέλε T=cons. αλεμάξηεηε

18 Αξλεηηθή απόθιηζε από ηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά. e Be ( ) B

19 Αξλεηηθή απόθιηζε από ηελ ηδαληθή ζπκπεξηθνξά. Αδενηξνπηθά κε κέγηζην ζεκείν δέζεσο Γηάγξακκα ηζνξξνπίαο -, T- - αδενηξνπηθώλ κηγκάησλ κε κέγηζην ζεκείν δέζεσο ΘΔΒ T ΘΔΤ T f ( ) f ( ) e

20

21 Γηαθνξηθή απόζηαμε.

22 ζε d εμάηκηζε d κε ειάηησζε ηεο ζύζηαζεο ηνπ πγξνύ d θαη ζρεκαηηζκόο αηκνύ ζύζηαζεο e Ιζνδύγην κάδαο πηεηηθνύ ζπζηαηηθνύ : = (-d) (-d) + e d d d e Σξνθνδνζία : =F, = F ππόιεηκκα : =W, = W F W d F W d e Δμίζσζε alegh ln F W F d e W Πνζνζηό ηνπ πγξνύ πνπ πξέπεη λα απνζηαρζεί γηα κείσζε ηεο ζύζηαζεο ηνπ πγξνύ από F ζε W.

23 Κιαζκαηηθή απόζηαμε ζπλερνύο ιεηηνπξγίαο. ζεηξά δηαδνρηθώλ απιώλ απνζηάμεσλ

24 Πνιιέο βαζκίδεο ηζνξξνπίαο ή δηαθνξηθή κεηαθνξά κάδαο.

25 kgmoles επιστρευόμ ενοσ σγρού kgmoles προϊόντος κορσυής (απόσταγμα), = = Σξνθνδνζία : πγξό (θνξεζκέλν ή ππόςπθην) αηκόο (θνξεζκέλνο ή ππέξζεξκνο) κίγκα θνξεζκέλνπ πγξνύ θνξεζκέλνπ αηκνύ Σκήκα εκπινπηηζκνύ Σκήκα εμάληιεζεο ρεδηαζκόο γηα κόληκε θαηάζηαζε (νιηθόο ζπκππθλσηήξαο). Πίεζε ζηήιεο ( ) 2. Ρπζκόο ηξνθνδνζίαο (F) 3. Δλζαιπία ηξνθνδνζίαο (H F ) 4. ύζηαζε ηξνθνδνζίαο ( F ) 5. ύζηαζε ππνιείκκαηνο ( W ) 6. ύζηαζε απνζηάγκαηνο ( ) 7. Θεξκνθξαζία ή ελζαιπία αλαξξνήο (T o ή H o ) 8. Λόγνο αλαξξνήο (= /) f=8 δει. f=c+6 (δπαδηθό κίγκα) γηα κεξηθό ζπκππθλσηήξα f=c+5 (δπαδηθό κίγκα)

26 Μέζνδνο McCabe - Thele, (kgmole/h)=cons. Αδηαβαηηθή ιεηηνπξγία Ιζνκνξηαθή αληηδηάρπζε. θνξεζκέλν πγξό (= ) Καλόλαο Trouon: ΓΗ ΑΒ /Σ ΑΒ =ΓΗ Α /Σ Α =ΓΗ Β /Σ Β εάλ Σ ΑΒ =Σ Α =Σ Β ΓΗ ΑΒ =ΓΗ Α =ΓΗ Β Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εκπινπηηζκνύ Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εμάληιεζεο Γξακκή ζεξκηθήο θαηάζηαζεο ηεο ηξνθνδνζίαο

27 ηζνδύγηα κάδαο γξακκέο ιεηηνπξγίαο πεξίβιεκα I : νιηθό F=+W ζπζηαηηθό Α πεξίβιεκα II : νιηθό n = n- + F F = +W W Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εκπινπηηζκνύ ζπζηαηηθό Α n n = n- n- + ή n =( n- / n ) n- +(/ n ) n ==cons. n- == =cons, =, =+ =+=+ = (+) n n n n

28 Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εμάληιεζεο πεξίβιεκα III: νιηθό m- = m +W ζπζηαηηθό Α m- m- = m m +W m W m m m m- m W W m m W con con, m m

29 Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εκπινπηηζκνύ Γξακκή ιεηηνπξγίαο ηκήκαηνο εμάληιεζεο n n n W m m W Δάλ n= n- = = == Δάλ m- = W == W

30 Γξακκή ζεξκηθήο θαηάζηαζεο ηεο ηξνθνδνζίαο ή γξακκή q q q q F s s q : ν αξηζκόο ησλ moles θνξεζκέλνπ πγξνύ πνπ ζρεκαηίδεηαη ζηνλ δίζθν ηξνθνδνζίαο θαηά ηελ εηζαγσγή mole ηξνθνδνζίαο, ή ε ζρεηηθή (σο πξνο ηελ ιαλζάλνπζα H -H ) ζεξκόηεηα πνπ απαηηείηαη γηα ηελ κεηαηξνπή kgmole ηξνθνδνζίαο από ηελ θαηάζηαζε H F ζηελ θαηάζηαζε θνξεζκέλνπ αηκνύ H. F H H H H q F W S S S S W

31 ηποθοδοζία F H F ππέξζεξκνη αηκνί θνξεζκέλνη αηκνί H κίγκα αηκώλ-πγξνύ q< q= <q< θνξεζκέλν πγξό H ππόςπθην πγξό q> q= q F H H H H F θιίζε q q -

32 F H H H H q F ηξνθνδνζία F ππέξζεξκνη αηκνί θνξεζκέλνη αηκνί κίγκα αηκώλ-πγξνύ θνξεζκέλν πγξό ππόςπθην πγξό q - q θιίζε F F F -

33 ρεδηαζκόο γξακκώλ ιεηηνπξγίαο δηαγξάκκαηα Mc Cabe - Thele. Από εμηζώζεηο ησλ δύν ηκεκάησλ W m m W n n τεταγμένη ή κλίση, κλίση, W Σκήκα Δκπινπηηζκνύ Σκήκα Δμάληιεζεο 2. Από κία εμίζσζε θαη ηελ γξακκή q (πξνζδηνξηζκόο ζεκείνπ S) Σκήκα Δκπινπηηζκνύ n n ή τεταγμένη κλίση, Γξακκή q q - q κλίση, F q q q F s s

34 Γεδνκέλνο δηαρσξηζκόο (F, F,, W ) Βαζκίδα εηζαγσγήο ηξνθνδνζίαο (Α Β) βέιηηζηε επηινγή βαζκίδαο εηζαγσγήο ηξνθνδνζίαο ειάρηζηνο αξηζκόο ζεσξεηηθώλ βαζκίδσλ

35 Διάρηζηνο ιόγνο αλαξξνήο Άπεηξνο αξηζκόο ζεσξεηηθώλ βαζκίδσλ αλώκαιε θακπύιε ηζνξξνπίαο ηεηαγκέλε n n n θιίζε q=cons.

36 Πιήξεο αλαξξνή Διάρηζηνο αξηζκόο ζεσξεηηθώλ βαζκίδσλ θιίζε n n n ma = F==W=

37 Άξηζηνο ιόγνο αλαξξνήο Οηθνλνκηθή ιεηηνπξγία ζηήιεο mn <<. θόζηνο απόζβεζεο 2. θόζηνο ιεηηνπξγίαο 3. θόζηνο ζπλνιηθό πζρέηηζε, N πζρέηηζε θόζηνπο, ζηελ πξάμε.2 mn <<.5 mn

38 Άζθεζε 5-4 =am