Підрозділ операцій у харчовій промисловості - R
РОЗДІЛ 9
КОНТАКТНО-РІВНОВІ ПРОЦЕСИ - ЗАЯВКИ (продовження)
ДЕСТИЛЯЦІЯ
Парова дистиляція
Вакуумна дистиляція
Партійна дистиляція
Дистиляційне обладнання
Дистиляція - це процес розділення, що розділяє компоненти в суміші, використовуючи той факт, що деякі компоненти випаровуються швидше, ніж інші. Коли пари виробляються із суміші, вони містять компоненти вихідної суміші, але у пропорціях, які визначаються відносною летючістю цих компонентів. Пара багатша на деякі компоненти, ті, що є більш леткими, і тому відбувається поділ.
При фракційній дистиляції пара конденсується, а потім знову випаровується, коли відбувається подальше відділення. Приготувати чисті компоненти таким способом важко, а часом і неможливо, але ступінь поділу може бути легко досягнута, якщо летючі властивості досить різні. Там, де потрібна велика чистота, можуть застосовуватися послідовні дистиляції.
відносини рівноваги при дистиляції регулюються відносним тиском пари компонентів суміші, тобто їх летючістю відносно один одного. Криві рівноваги для двокомпонентних сумішей пара-рідина можуть бути зручно представлені у двох формах - як криві температури кипіння/концентрації або як криві розподілу концентрації пара/рідина. Обидві форми пов'язані, оскільки містять однакові дані, і криві розподілу концентрацій, які майже однакові з кривими рівноваги, що використовуються при екстракції, можна легко отримати з кривих температури кипіння/концентрації.
A діаграма температури/концентрації кипіння показано в Рис.9.10. Зверніть увагу, що на діаграмі є дві криві, одна з яких визначає концентрацію рідини, а інша - концентрації пари.
Рисунок 9.10 Діаграма температури/концентрації кипіння
Якщо горизонтальну (постійну температуру) лінію провести на діаграмі в межах граничних температур двох кривих, вона переріже обидві криві. Ця горизонтальна лінія відповідає певній температурі кипіння, точка, в якій вона перерізає нижню лінію, дає концентрацію рідини, що кипить при цій температурі, точка, в якій вона перерізає верхню лінію, дає концентрацію пари, що конденсується при цій самій температурі. Таким чином, дві точки дають дві концентрації, які знаходяться в рівновазі. Вони фактично дають два відповідні значення на кривих розподілу концентрацій, точка на лінії рідини, що відповідає х точка (тобто до концентрації у важчій фазі) і точка на паровій лінії до a р точка (концентрація в більш легкій фазі). Діаграма показує, що р значення багатше на більш леткий компонент суміші, ніж х, і це основа для виділення дистиляцією.
Встановлено, що деякі суміші мають діаграми температури кипіння, які відрізняються від тієї, що показана на рис. 9.10. Для цих сумішей при іншій певній температурі та подалі від чистих компонентів у крайніх частинах композиції лінії пари та рідини складаються разом. Це означає, що при цій температурі рідина закипає, утворюючи пару того самого складу, що й вона сама. Такі суміші становлять азеотропи і їх утворення обмежує концентрацію, досяжну в дистиляційній колонці. Суміш етанол-вода, яка має велике значення в галузі виробництва алкогольних напоїв, має азеотроп з мінімальною температурою кипіння у складі 89,5 мол.% (95,6% мас./Мас.) Етанолу та 10,5 мол.% (4,4% мас./Мас.) Води, яка кипить при 78,15 ° С. У дистиляційній колонці, що розділяє розведений етиловий спирт і воду, граничні концентрації потоків складають 100% води, з одного боку, в потоці "рідини", і 95,6% етилового спирту, 4,4% води за масою, у потоці "пари", проте використовується багато етапів дистиляції.
Багатоступенева дистиляційна колона працює, забезпечуючи послідовні стадії, на яких рідини киплять, а пари з верхньої стадії конденсуються і в яких досягається рівновага між двома потоками, рідиною та парою. Масові баланси можуть бути записані для всієї колони та її частин так само, як і при інших процесах контактної рівноваги.
ПРИКЛАД 9.13. Перегонка суміші спирт/вода
У одноступінчастій безперервній дистиляційній колонці, що використовується для збагачення сумішей алкоголю та води, корм містить 12% спирту, а 25% корму виходить із верхнім продуктом (потоком "пари") з камери. Враховуючи, що при температурі кипіння 95,5 ° С 1,9 мол.% Спирту в рідині знаходиться в рівновазі з 17 мол.% Спирту в парі, оцініть концентрацію спирту в продукті з.
З даних рівноваги та зважаючи на те, що мольна частка алкоголю невелика, ми можемо припустити лінійну залежність рівноваги. Крива рівноваги проходить через (0,0) та (1,9, 17), так що за цей діапазон можна сказати y = x(17/1,9) або x = y(1,9/17).
З наведених робочих умов, оскільки подача дорівнює рідкій + паровій фазам, (L + V) ми можемо написати: