Химия және химиялық технология факультеті
Жай айдау процесінің материалдық балансы
жүктеу/скачать 278,2 Kb. Pdf көрінісі
|
| Жай айдау процесінің материалдық балансы
Практикада сұйық қоспаларды толық бір-бірінен ажырату үшін үздіксіз фракциялық айдауды немесе ректификация әдісін қолданады. Жай айдау дегеніміз сұйық қоспаның бір рет жартылай булануы мен түзілген будың конденсациялануы. Жай айдау процесін қоспа құрамындағы компоненттердің біршама әр түрлі ұшпалығына негіздеп қолданады. Сұйық қоспалардың жеке компоненттерге толық бөлінуі ректификация процесі арқылы жүзеге асырылады. Ректификация – бір-біріне қарама-қарсы ағыстағы әр түрлі температурада қайнайтын біртексіз сұйық-бу фазалары аралығындағы масса және жылу алмасу процестері нәтижелерінде ұшқыш сұйықтықтардың гомогенді қоспаларын бөлу процесі. Ректификация процесінде әр түйісу сайын сұйықтықтан төменгі температурада қайнайтын компонент буланып, бу фазасына өтеді. Ал бу фазасынан жоғары температурада қайнайтын компонент сұйық фазаға өтеді. Фазалар аралығында осылай компоненттердің алмасуы нәтижесінде бу фазада таза күйдегі төменгі температурада қайнайтын компоненттер жиналып, ректификат түрінде бағананың жоғарғы бөлігінен бөлініп алынады. Бағананың төменгі бөлігінен таза жоғары температурада қайнайтын компонент, қалдық бөлінеді. Айдаудың азеотропты (компоненттердің ұшу температура-лары бір-біріне өте жақын) қоспаларды және жылуға өте шыдамсыз қоспаларды ажыратқанда қолданылатын азеотропты, экстрактивті ректификация және молекулалық дистилляция деген түрлері бар. Бұл процестер айдаудың арнайы әдістеріне жатады. Дистилляция – сұйық қоспаларды жартылай буландырып, түзілген будың конденсациясы нәтижесінде құрамы әр түрлі фракцияларға бөлу процесі. Бөлінген конденсат дистиллят, ал буланбаған сұйықтық қалдық деп аталады. Дистилляция процесі жай және тепе-теңдік болып бөлінеді. Жай айдау – қайнаған сұйық қоспаның бір рет булануы нәтижесінде түзілген буды конденсация арқылы бөлу процесі. Тепе-теңдік дистилляция – сұйықтықтың буланған бөлігі булан-баған бөлігімен фазалық тепе-теңдік орныққанға дейін біршама уақыт әсерлесуде болатын процесс. Дистилляция процесін бу түзілу процесі баяу өтіп, бу–сұйықтық аралығында тепе-теңдік орнығады деп қарастырады. Жай айдау процесі мерзімді немесе үздіксіз жағдайда өткізіледі. Егер жай айдау процесі мерзімді жағдайда өткізілсе, онда төменгі температурада қайнайтын компонентті буландыру барысында оның кубтық қалдықтағы құрамы азая түседі. Процестің жүру ұзақтығына сәйкес төменгі температурада ұшатын компоненттің азаюына байланысты алынатын дистиллят құрамы өзгеріп отырады. Осыған байланысты 5 жұмыс кезіндегі дистилляттың құрамындағы әр түрлі бірнеше бөлігін (фракциясын) талдау үшін бөліп алады. Жай айдау процесінің материалдық балансын қарастырайық. G арқылы сұйықтық мөлшерін, x арқылы оның құрамын белгілейік. Төменгі температурада қайнайтын компоненттің сұйықтықтағы мөлшері Gx тең. Құрамы x сұйықтықтың біраз мөлшерін dG булан-дырғанда, сұйықтық концентрациясы dx шамасына кемиді. Қалдық сұйықтық мөлшері сипатталады: , dG G (3.2) ал оның құрамы . dx x (3.3) Қалдық сұйықтық құрамындағы төменгі температурада қайнайтын компонент мөлшері сипатталады: . dx x dG G (3.4) Дистиллят мөлшері буланған сұйықтық мөлшеріне тең, ал оның y құрамы x құрамымен тепе-теңдікте болады. Қарастырылған уақыт аралығында жеңіл ұшатын компоненттің материалдық баланс теңдеуін былай жазуға болады: ydG dx x dG G Gx (3.5) немесе . ydG dGdx Gdx xdG Gx Gx (3.6) dGdx шамасын шексіз аз мәнді болғандықтан ескермейді: x y dG Gdx (3.7) немесе . x y dx G dG (3.8) Айдаудан кейінгі қалдықтағы сұйықтық мөлшерін 1 G , ал оның құрамын 1 x деп белгілеп, (3.8)-ші теңдеуді 1 G және 1 x -ден G және x -ке дейін интегралдасақ: x x G G x y dx G dG 1 1 (3.9) немесе . lg 3 , 2 1 1 x x x y dx G G (3.10) Алынған теңдеудің оң жағындағы интеграл графиктен анықталады. Ол үшін абсцисс осіне x мәнін, ал ордината осіне x y 1 мәндерін салып, интегралдау ауданын анықтайды (3.2-сурет). Алынатын дистиллят мөлшері т т G G G 1 мен оның құрамы т т x жеңіл ұшатын компоненттің материалдық баланс теңдеуінен анықталады: , 1 1 1 т т x G G x G Gx (3.11) бұдан . 1 1 1 G G x G Gx x т т (3.12) 6 3.2-сурет. Жай айдау процесіне арналған тәуелділік графигі жүктеу/скачать 278,2 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|