Chemická technika

 Autor: Ludvík Štěpánek; 88 stran; 2. vydání, 2011

 

Ukázka z textu:

Parametry kolon

Kromě počtu teoretických pater a refluxu je třeba znát také další parametry kolon:

• Zádrž kolony udává množství kapaliny a páry v koloně. Statická zádrž je měřena při zastavené destilaci, pracovní zádrž při chodu. Nízkou zádrž mají kolony se stékajícím filmem a rotační, vysokou patrové.
• Propustnost kolony udává množství páry schopné projít průřezem kolony. Horní mez propustnosti je tzv. bod zahlcení kolony, kdy je páry příliš mnoho a kapalina nemůže stékat dolů. Nahromadí se v koloně, což snižuje účinnost dělení a může poškodit zařízení. Při zahlcení je třeba snížit příkon topení.
• Odpor kolony – kolona klade odpor proti procházejícím parám. To způsobuje tlakový rozdíl mezi vrchem a spodkem kolony. Větší odpor opět mají patrové kolony.
• Destilační rovnováha – ustálení kolony, tj. dosažení rovnoměrného chodu, může trvat někdy i mnoho hodin. Kontroluje se podle teplot v hlavě kolony.

Určování počtu teoretických pater kolony

Nejběžnější způsob určení počtu teoretických pater destilační kolony je grafický za pomocí rovnovážných diagramů kapalina – pára. U ideálních roztoků se může provést výpočet a pro některé případy lze provést odhad z přibližných diagramů.

Grafický způsob

Vstupní kapalina o složení x₁ na prvním TP odpaří páru o složení y₁. Ta zkondenzuje na kapalinu na druhém patře o složení x₂. Znovu se odpaří a zkondenzuje, což pokračuje pravoúhlými kroky, až z vrcholu kolony odejde pára destilátu o složení y_n. Počet pravoúhlých kroků udává počet teoretických pater kolony. Výhoda grafického způsobu spočívá v jeho obecné platnosti pro všechny typy roztoků, je však nutné znát rovnovážné údaje pro konstrukci diagramů.

Početní způsob

Platí pouze pro roztoky, které se chovají ideálně podle Raoultova zákona. Známe rovnici výpočtu složení páry odvozenou pro jednoduchou destilaci ideálních roztoků. Ta se rozepíše pro jednotlivá patra rektifikační kolony ve shodě s označením na výše uvedeném diagramu x – y:

I. patro kolony:

II. patro kolony:

Protože pára z I. patra o složení y₁ kondenzuje na II. patře na kapalinu o složení x₂,platí x₂ = y₁. Můžeme tedy pro II. patro napsat:

Obdobně lze pokračovat pro další patra, a vztah tedy můžeme zobecnit pron-té teoretické patro:

Vztah se někdy nazývá Fenského rovnice a vyjadřuje závislost mezi složením vstupní destilované kapaliny x₁ a složením destilátu y_n(destilát vzniká kondenzací páry z n-tého patra). Počet teoretických pater kolony je označen jako n. Relativní těkavost směsi je označena a.

Braggův-Lewisův diagram

Umožňuje odhadovat počet teoretických pater kolony log n podle rozdílů teplot varu složek a požadovaného složení destilátu z ekvimolární směsi (náčrtek vpravo):

Příklad 29 Destiluje se směs o složení 50 mol.% a relativní těkavosti 1,2. Kolik teoretických pater musí mít destilační kolona na získání destilátu o složení 90 mol.% těkavější složky?

Řešení

Dosadíme do Fenského rovnice

odtud 9 = 1,2ⁿ

Řešíme logaritmováním: log 9 = n . log 1,2, z toho n = 12

Je zapotřebí kolona s 12ti teoretickými patry.

---

Hlavní kapitoly

Úvod

Mechanické operace 
Tepelné operace 
Elektrotermické a elektrochemické procesy 
Difuzní operace 
Chemické reaktory 
Optimalizace a řízení výroby