Метод Маккейба – Тиле
Метод МакКейба -Тиле — это метод, который обычно используется в области химической технологии для моделирования разделения двух веществ с помощью дистилляционной колонны . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Он использует тот факт, что состав каждой теоретической тарелки полностью определяется мольной долей одного из двух компонентов. Этот метод основан на предположении, что дистилляционная колонна является изобарной , т. е. давление остается постоянным, и что скорости потока жидкости и пара не меняются по всей колонне (т. е. постоянный молярный переток). Допущение постоянного молярного перелива требует, чтобы:
- Теплота , необходимая для испарения определенного количества жидкости компонентов сырья, равна
- На каждый моль испаряющейся жидкости конденсируется моль пара.
- Тепловые эффекты, такие как тепло, необходимое для растворения вещества (веществ), незначительны.
Этот метод был впервые опубликован Уорреном Л. Маккейбом и Эрнестом Тиле в 1925 году. [ 4 ] оба работали в Массачусетском технологическом институте в то время (MIT).
Строительство и использование
[ редактировать ]Диаграмма МакКейба – Тиле для перегонки бинарного (двухкомпонентного) сырья строится с использованием данных парожидкостного равновесия (VLE) – то есть, как концентрируется пар при контакте с его жидкой формой – для компонента с более низкой точка кипения.
На плоском графике обе оси представляют мольные доли более легкого (низкокипящего) компонента; горизонтальная (x) и вертикальная (y) оси представляют составы жидкой и паровой фаз соответственно. Линия x = y (см. рисунок 1) представляет сценарии, в которых составы жидкости и пара одинаковы. Линия парожидкостного равновесия (кривая линия от (0,0) до (1,1) на рисунке 1) представляет состав паровой фазы для данного состава жидкой фазы в равновесии. Вертикальные линии, проведенные от горизонтальной оси до линии x = y, обозначают состав входящего потока сырья, состав потока верхнего (дистиллятного) продукта и состав кубового продукта (показан красным на рисунке 1).
Рабочая линия ректификационной секции для секции над входным потоком питания ректификационной колонны (показана зеленым цветом на рисунке 1) начинается на пересечении линии состава дистиллята и линии x = y и продолжается с наклоном вниз L / ( D + L), где L — молярный расход флегмы , а D — молярный расход дистиллятного продукта до пересечения q-линии.
Рабочая линия секции зачистки для секции ниже входного отверстия (показана пурпурным цветом на рисунке 1) начинается на пересечении красной линии состава нижней части и линии x = y и продолжается до точки, где синяя q-линия пересекает зеленая рабочая линия выпрямительной секции.
Линия q (изображена синим цветом на рисунке 1) пересекает точку пересечения линии состава сырья и линии x = y и имеет наклон q/(q - 1), где параметр q обозначает мольную долю жидкости. в ленте. Например, если сырьем является насыщенная жидкость , q = 1, а наклон линии q бесконечен (нарисован в виде вертикальной линии). Другой пример: если сырьем является насыщенный пар , q = 0, а наклон линии q равен 0 (горизонтальная линия). [ 2 ] Типичная диаграмма Маккейба-Тиля на рисунке 1 использует q-линию, представляющую частично испаренное сырье. Примеры наклонов q-линии представлены на рисунке 2.
Число ступеней между рабочими линиями и линией равновесия представляет собой количество теоретических тарелок (или равновесных ступеней), необходимых для перегонки. Для бинарной дистилляции, изображенной на рисунке 1, необходимое количество теоретических тарелок составляет 6.
Построение диаграммы Маккейба – Тиле не всегда является простой задачей. При непрерывной перегонке с изменяющимся флегмовым числом мольная доля более легкого компонента в верхней части ректификационной колонны будет уменьшаться по мере уменьшения флегмового числа. Каждое новое флегмовое число будет изменять градиент кривой ректификационной секции.
Когда предположение о постоянном молярном переливе неверно, рабочие линии не будут прямыми. Используя балансы массы и энтальпии в дополнение к данным о равновесии пар-жидкость и данным о концентрации энтальпии, можно построить рабочие линии с использованием метода Пончона-Саварита. [ 5 ]
Если смесь может образовывать азеотроп , ее линия равновесия пар-жидкость будет пересекать линию x = y, предотвращая дальнейшее разделение независимо от количества теоретических тарелок.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Маккейб, В.Л. и Смит, Дж.К. (1976). Единичные операции химического машиностроения (3-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-044825-6 .
- ^ Jump up to: а б Перри, Роберт Х. и Грин, Дон В. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049479-7 .
- ^ Бейчок, Милтон (май 1951 г.). «Алгебраическое решение диаграммы Маккейба-Тиля». Химический технологический прогресс .
- ^ В.Л. Маккейб и Э.В. Тиле (июнь 1925 г.). «Графическое проектирование фракционирующих колонн». Промышленная и инженерная химия . 17 (6): 605–611. дои : 10.1021/ie50186a023 .
- ^ Кинг, К. Джадсон (1971). Процессы разделения . МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-034610-0 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Более подробная информация о том, как построить диаграмму Маккейба – Тиле.
- Подробное обсуждение метода Маккейба-Тиле Торе Хауг-Варберга, Норвежский университет науки и технологий, Норвегия.
- Интерактивная диаграмма Маккейба – Тиле
| Принципы |  | |
|---|---|---|
| Промышленные процессы | ||
| Лабораторные методы | ||
| Техники | ||