Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Вода
Аміак
Рідкий азот до' ректифікаційно/' колони
І — компресор;
Рнс. 68. Каскадний холодильний цикл: 2 — водяний холодильник; 3 — теплообмінники-конденсатори; 4 — дро-сельні вентилі.
ється в міжтрубному просторі і також стікає в збірник 5. З конденсатора З незріджена частина газу через теплообмінник-регенератор 2 виводиться з циклу.
Регенератори — це циліндричні здвоєні заповнені насадкою апарати, які працюють за принципом звичайних теплових регенераторів. Для безперервної роботи встановлюють два апарати: в одному з них гази, що виходять з системи, віддають своє тепло (або холод) насадці, а в іншому в цей же час гази, які надходять у систему, нагріваються (або охолоджуються), стикаючись з гарячою (або холодною) насадкою.
Насадку виготовляють з гофрованих алюмінієвих стрічок, скручених у вигляді диска (рис. 69, в). Такі диски, накладені один на одного у корпусі регенератора, утворюють насадку з дуже розвиненою поверхнею теплообміну.
Перевагою регенераторів, порівняно з теплообмінниками, є значно більша поверхня теплообміну і незначний гідравлічний опір, що зумовлює невеликі втрати тиску при проходженні через апарат великих об'ємів газу. Крім того, при використанні регенераторів відпадає потреба в очищенні газу від CO2 і вологи. Діоксид вуглецю і лід, що залишаються на насадці, видаляються зворотними потоками газів.
Каскадний цщаі зрідження,~Для зрідження і розділення газів їх часто охолоджують, випаровуючи рідини з низькими температурами кипіння. В установках для розділення газів послідовно (каскадом) сполучають кілька холодильних циклів. Каскадний цикл глибокого охолодження складається з чотирьох циклів: аміачного, етиленового, метанового та азотного (рис. 68). В етиленовому циклі охолодження досягається випаровуванням NH3, що надходить з аміачної холодильної машини, в метановому циклі — випаровуванням рідкого C2H4. Азот зріджується з допомогою рідкого CH4, що кипить при—161,4° C Добутий рідкий N2 дроселюють і направляють в ректифікаційну колону для розділення повітря.
У каскадній установці з багатьма циклами можна перетворити на рідину навіть Не, який зріджується дуже важко (температура кипіння Не при атмосферному тиску — 268,8° С). Каскадний цикл досить складний за апаратурним оформленням, але потребує мало енергії і Дуже економічний.
РОЗДІЛ IX
Масообмінні та механічні процеси
§ 1. ОСНОВИ МАСОПЕРЕДАЧІ
У хімічній технології велике значення мають процеси масопередачі, в яких один або кілька компонентів переходять з однієї фази в іншу. Цим часто користуються для розділення як гетерогенних, так і гомогенних систем. У промисловості застосовують в основному процеси масопередачі між газовою і рідкою, між газовою і твердою, між твердою і рідкою, а також між двома рідкими фазами.
Процеси масопередачі можна розділити на такі:
абсорбція — поглинання газу рідиною;
екстракція — вилучення речовини, розчиненої в рідині, іншою рідиною, яка практично не змішується з першою;
перегонка — розділення гомогенних рідких сумішей;
адсорбція — поглинання компонента газу, пари або розчину твердим пористим поглиначем, тобто процес розділення, який характеризується переходом речовини з газової або рідкої фази в тверду;
зворотний процес адсорбції і абсорбції — десорбція (різновидністю адсорбції є інообмінний процес розділення, який грунтується на здатності деяких твердих речовин обмінювати свої іони на іони речовин, що є в розчині);
сушіння — видалення вологи з твердих матеріалів, при цьому волога переходить з твердої фази в газову;
кристалізація — виділення речовини у вигляді твердої фази — кристалів з розчинів або розплавів;
розчине н н я " і екстракція в системі тверде тіло — рідина (розчинення — це перехід твердої фази в рідку, тобто процес зворотний до кристалізації);
вилуговування — вилучення на основі вибіркової розчинності одного або кількох компонентів з твердого матеріалу.
Подібно до теплопередачі масопередача — це складний процес, який включає перенесення речовини (маси) в межах однієї фази, перенесення через поверхню поділу фаз і дальше її перенесення в межах іншої фази. Масопередача відбувається звичайно через поверхню поділу фаз. Перенесення речовини в межах однієї фази до її поверхні або в зворотному напрямі називається масовіддачею. Швидкість масообмінних процесів обмежується молекулярною дифузією, тому процеси масопередачі називають ще дифузійними процесами.
Для масообмінних процесів кількість перенесеної речовини пропорційна поверхні поділу фаз і рушійній силі. Рушійна сила характеризується ступенемПвідІйїлеггня -систем» від стану динамічної рівноваги, яка найточніше виражається різницею хімічних потенціалів речовини, що розподіляється. Речовина, що дифундує в межах однієї фази, переміщається від точки з більшою до точки з меншою концентрацією, тому в розрахунках рушійну силу процесів масопередачі виражають різницею концентрацій.
Швидкість масопередачі пов'язана з механізмом перенесення речовини, що розподіляється в фазах, між якими відбувається масообмін. Речовина переноситься всередині фази молекулярною дифузією, або конвекцією і молекулярною дифузією одночасно. За допомогою тільки молекулярної дифузії речовина переміщається лише в нерухомому середовищі. В рухомому середовищі перенесення речовини здійснюється як молекулярною дифузією, так і самим середовищем в напрямі його руху, або окремими його частинами в різних напрямах. Конвективний перенос речовини, що здійснюється під дією турбулентних пульсацій, називають турбулентною дифузією.