Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja i Ekstrakcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja i Ekstrakcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja."— Zapis prezentacji:

1 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja i Ekstrakcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

2 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Większość przemysłowych procesów wymiany masy polega na przenikaniu składnika lub kilku składników z głębi jednej fazy do drugiej przez powierzchnię międzyfazową. Należą do tej grupy bardzo ważne praktycznie procesy rozdzielania substancji, np. ekstrakcja, absorpcja, destylacja, suszenie itp..

3 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Przenoszenie masy podczas przenikania obejmuje trzy następujące etapy: 1) Wnikanie masy z wnętrza pierwszej fazy do powierzchni międzyfazowej 2) przenoszenie masy przez powierzchnię międzyfazową 3) wnikanie masy od powierzchni między fazowej do wnętrza drugiej fazy Stwierdzono doświadczalnie, że opór powierzchniowy przenoszenia jest pomijalny, a zatem sytuacja na granicy faz odpowiada stanowi równowagi dynamicznej. Stąd też stężenia na powierzchni rozdziału faz układu o ograniczonej rozpuszczalności możemy określić jako równowagowe.

4 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozpatrzmy typowy ustalony proces przenikania masy pomiędzy fazą gazową i ciekłą. Stosownie do teorii dwóch warstw granicznych przyjmujemy, że szybkość przenoszenia masy po obu stronach powierzchni międzyfazowej uzależniona jest wyłącznie od oporów dyfuzyjnych warstw zastępczych.

5 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Przy pominięciu oporu międzyfazowego stężenie na powierzchni rozdziału możemy wyznaczyć jako równowagowe: i możemy dzięki temu określić siły napędowe procesu transportu masy w każdej fazie: gdzie: p i, c i – stężenie składnika dyfundującego na powierzchni międzyfazowej. p, c – stężenia w głębi faz.

6 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy krzywa równowagi Stężenia w głębi faz są łatwe do określenia i z reguły znane, dysponując zależnością opisującą krzywą równowagi możemy określić stężenia panujące na powierzchni międzyfazowej: prosta przechodząca przez punkt (p, c) i (p i, c i )

7 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Z powyższego wykresu wynika, że stosunek stężeń w oby fazach zależy od oporów wnikania wyrażanych wartościami współczynników wnikania k c i k p oraz od kształtu krzywej równowagi. Operowanie w obliczeniach wartościami stężeń na powierzchni międzyfazowej jest niewygodne, dlatego też równanie przenikania doprowadza się do postaci, w której jako siła napędowa występuje różnica stężeń w głębi obu faz. Wymaga to zdefiniowania stężeń równoważnych, a mianowicie stężenia p*, jakie było by w równowadze w stosunku do roztworu ciekłego o stężeniu c, lub odwrotnie, stężenia równowagowego c* odpowiadającego ciśnieniu cząstkowemu p w mieszaninie gazowej

8 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozkład sił napędowych procesu wygląda następująco:

9 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Zastosowanie stężeń równoważnych umożliwia określenie strumienia masy składnika w postaci zależności: współczynniki przenikania masy

10 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Rozkład stężeń w obu fazach zależy od położenia linii równowagi, w skrajnych przypadkach bardzo dobrej lub bardzo złej rozpuszczalności gazu w równaniach można stosować współczynniki wnikania gazu: Bardzo dobra rozpuszczalność gazu: gaz ciecz główny opór wnikania masy znajduje się po stronie cieczy

11 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Bardzo zła rozpuszczalność gazu: gazciecz główny opór wnikania masy znajduje się po stronie gazu

12 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Jeżeli pomiędzy stężeniami równowagowymi istnieje proporcjonalność, np. w układzie gaz – ciecz obowiązuje prawo Henry`ego : współczynnik przenikania masy może być łatwo określony. Zgodnie z zależnościami dla stężeń równoważnych możemy napisać: oraz dla stężeń na granicy faz:

13 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Czyli: eliminując z całkowitą różnicę stężeń:

14 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Postępując analogicznie

15 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 16 : Teoria procesów wymiany masy Dyskusja równań dla skrajnych wartości m potwierdza wnioski wyprowadzone wcześniej: m bardzo małe (słaba rozpuszczalność gazu w cieczy) m bardzo duże (dobra rozpuszczalność gazu w cieczy) opory po stronie cieczy opory po stronie gazu

16 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja jest procesem wymiany masy pomiędzy faza gazową i fazą ciekła. Rozdzielenie mieszaniny gazowej usunięcie zanieczyszczeń Mieszanina Gazowa Dwu składnikowa Mieszanina Gazowa Dwu składnikowa Ciecz Faza ciekła jest jednoskładnikowa. Rozpuszczalnik jest tak dobrany aby rozpuszczał sie w nim tylko jeden ze składników mieszaniny gazowej. Warunek selektywności Faza ciekła jest jednoskładnikowa. Rozpuszczalnik jest tak dobrany aby rozpuszczał sie w nim tylko jeden ze składników mieszaniny gazowej. Warunek selektywności Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

17 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Pary alkoholu metylowego zawarte w powietrzu mogą być zaabsorbowane w wodzie Ponieważ alkohol dobrze rozpuszcza się w wodzie a powietrze słabo. Pary alkoholu metylowego zawarte w powietrzu mogą być zaabsorbowane w wodzie Ponieważ alkohol dobrze rozpuszcza się w wodzie a powietrze słabo. Rozpuszczalnik ciekły musi się jeszcze charakteryzować dużą pojemnością absorpcyjną Duża pojemność absorpcyjna oznacza możliwość rozdzielenia danej mieszaniny gazowej w stosunkowo niewielkiej objętości płynu. Duża pojemność absorpcyjna oznacza możliwość rozdzielenia danej mieszaniny gazowej w stosunkowo niewielkiej objętości płynu. Ekonomia i techniczne rozwiązanie procesu Duże strumienie, nakłady energetyczne, koszty surowca itp.. Potrzeba optymalizacji Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

18 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Z punktu widzenia doboru rozpuszczalnika ważną cechą jest możliwość odzyskania z mieszaniny ciekłej zaabsorbowanego gazu. Jest to ściśle związane z charakterem procesu absorpcji : Z punktu widzenia doboru rozpuszczalnika ważną cechą jest możliwość odzyskania z mieszaniny ciekłej zaabsorbowanego gazu. Jest to ściśle związane z charakterem procesu absorpcji : ABSOPRPCJA Absorpcja fizyczna Absorpcja chemiczna Polega na rozpuszczaniu absorbowanego składnika w rozpuszczalniku. Polega na rozpuszczaniu absorbowanego składnika w rozpuszczalniku. Składnik mieszaniny gazowej reaguje z fazą ciekła, tworząc nowe związki podczas odwracalnej lub nieodwracalnej przemiany chemicznej. Składnik mieszaniny gazowej reaguje z fazą ciekła, tworząc nowe związki podczas odwracalnej lub nieodwracalnej przemiany chemicznej. Odzyskanie zaabsorbowanego składnika polega na jego desorpcji w odpowiednio wysokiej temperaturze Odzyskanie zaabsorbowanego składnika polega na jego desorpcji w odpowiednio wysokiej temperaturze Odzyskanie składnika zależy od konkretnego przypadku i własności reakcji chemicznej. Odzyskanie składnika zależy od konkretnego przypadku i własności reakcji chemicznej. Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

19 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Równowaga absorpcyjna Faza gazowa : składnik absorbowany, składnik inertny, pary rozpuszczalnika Faza ciekła: rozpuszczalnik, rozpuszczony gaz i częściowo rozpuszczony gaz inertny Zawartość par rozpuszczalnika w gazie oraz gazu inertnego w cieczy jest pomijalna. Zawartość par rozpuszczalnika w gazie oraz gazu inertnego w cieczy jest pomijalna. Równowagę absorpcji można zatem przedstawić na płaszczyźnie dla zadanej temperatury jako zależność stężenia składnika absorbowanego w gazie (y) i w cieczy (x) Równowagę absorpcji można zatem przedstawić na płaszczyźnie dla zadanej temperatury jako zależność stężenia składnika absorbowanego w gazie (y) i w cieczy (x) T = const Dla punktu (y*, x*) szybkość absorpcji z gazu do cieczy jest równa desorpcji z cieczy do gazu Dla punktu (y*, x*) szybkość absorpcji z gazu do cieczy jest równa desorpcji z cieczy do gazu Gaz y* i ciecz x B Absorpcja Gaz y* i ciecz x C Desorpcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

20 Inżynieria Chemiczna i Procesowa W celu przeprowadzenia bilansu materiałowego procesu składy wyraża się w postaci X kg składnika absorbowanego na 1 kg rozpuszczalnika: W celu przeprowadzenia bilansu materiałowego procesu składy wyraża się w postaci X kg składnika absorbowanego na 1 kg rozpuszczalnika: Ułamek molowy składnika Masy cząsteczkowe W fazie gazowej Y kg składnika na 1 kg gazu inertnego : Ciśnienie cząstkowe składnika absorbowanego Ciśnienie całkowite Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

21 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Dysponując danymi doświadczalnymi dla danego ciśnienia ogólnego P można Przedstawić izotermę równowagi (X, Y) Dysponując danymi doświadczalnymi dla danego ciśnienia ogólnego P można Przedstawić izotermę równowagi (X, Y) Nachylenie krzywej jest miarą stopnia rozpuszczalności Nachylenie krzywej jest miarą stopnia rozpuszczalności Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

22 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Rośnie rozpuszczalność Maleje rozpuszczalność Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

23 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Bilans procesu: Wlot = Wylot Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

24 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Dla odcinka kolumny: Zależność pomiędzy składem jednej i drugiej fazy w dowolnym przekroju apartu: Linia operacyjna Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

25 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Nachylenie nie może być dowolnie małe. Istnieje wartość min Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

26 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wyznaczanie liczby półek teoretycznych Linię równowagi często można Przybliżyć równaniem: Linię równowagi często można Przybliżyć równaniem: Linia równowagi Linia operacyjna Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

27 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Ekstrakcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

28 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Proces ekstrakcji polega na przenikaniu składnika z rotworu do drugiej fazy ciekłej, Rozpuszczalnika. W wyniku czego otrzymujemy EKSTRAKT i RAFINAT. EKSTRAKT roztwór składnika cennego w rozpuszczalniku; RAFINAT pozostałości roztworu pierwotnego mieszanie Rozpuszczalnik Roztwór pierwotny rozdzielanie EKSTRAK T RAFINAT Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

29 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

30 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

31 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

32 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

33 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

34 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

35 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

36 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

37 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

38 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

39 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

40 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

41 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

42 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

43 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

44 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

45 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

46 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

47 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

48 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja

49 Inżynieria Chemiczna i Procesowa Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja


Pobierz ppt "Inżynieria Chemiczna i Procesowa Absorpcja i Ekstrakcja Wykład nr 18 : Procesy stopniowane. Absorpcja i Ekstrakcja."

Podobne prezentacje


Reklamy Google