Oppimistavoite tälle luennolle

Transkriptio

1 Oppiistavoite tälle lueolle Yksikköoperaatiot ja teolliset prosessit CHEM-A00 (5 op) Tislaus ja uutto Yärtää erotusprosessie suuittelu perusteet Tutea tislaukse ja uuto toiitaperiaatteet Tutea tpillisipiä laiteratkaisuja Osata kirjoittaa aietaseet Osata aalsoida tislaiia ja uuttolaitteita ideaaliaskelalli avulla Erotusprosessit vs. kaveri tapaaie Mitkä ovat tärkeiät asiat, ku haluat suuitella tapaaise kaverisi kassa? Mitkä äistä vastaavat edellisiä laitteide suuittelussa? Erotusprosessie suuittelu Hvi leisellä tasolla kaksi keskeisitä asiaa ovat: Missä tavataa Milloi tavataa Sekoittie pöriisopeus Viipäaika Terodaiikka, faasitasapaio Aieesiirtoopeus (aieesiirtokerroi ja faasie välie pita-ala) Prosessi ohjausjärjestelä. Tasapaio, eli ihi suutaa ollaa eossa (paikka). Nopeus, eli itä vauhtia tasapaioa lähesttää (aika) 4

2 Erotusprosessie suuittelu. Faasitasapaio, alli laitteelle (vastavirta) ideaaliaskelalli, askelte lukuäärä (suuta). Askelee tehokkuus hötsuhde tai askelee koko (opeus) Toie tapa o kirjoittaa htälöt suoraa opeusperustaisesti: d dt = F - P + kavc t ( -K) Missä äk suuta ja issä opeus? 3. Halkaisija virtausäärie perusteella ja korkeus askelee koo ja iide lukuäärä avulla (itoitus) Ideaalipohja tai Ideaaliaskel Keskeie käsite erotusoperaatioide aalsissä! Usei ajatellaa että ideaalipohja faasit ovat täsi sekoittueet Mikä oli vastaava ideaalie reaktoritppi? Pohjalta poistuva hör o tasapaiossa siltä poistuva estee kassa Hör pitoisuus o tasapaiokärällä 6 Mite ideaaliaskeloletus äk äissä? Paostislaus. Faasitasapaio, alli laitteelle (vastavirta). Askelee tehokkuus hötsuhde tai askelee koko (vaikkapa korkeus tätekappalekerrosta) 3. Halkaisija virtausäärie perusteella. N id Paostislauksessa tislaiee sötetää alussa seos, jota halutaa tislata. Seosta läitetää, jolloi se alkaa hörstä. Hör lauhdutetaa ja otetaa taltee. Paostislauksessa voidaa kättää oiaskelfraktioitia kute jatkuvatoiisessaki tislauksessa (välipohjia tai tätekappaleita) Liuokse pitoisuudet uuttuvat tislaukse aikaa, ku herkii haihtuvat poistuvat tislausastiasta opeai kui raskaaat kopoetit

3 Paostislaus Pitoisuude uutokset V Jos vai ksi erotusaskel, ikä o tislee 0.8 pitoisuus alussa? V 0.8 L L Mite pitoisuus uuttuu tislaukse edetessä? Läpötila uutokset Läpötila uutokset V Missä tislee pitoisuus o tässä kuvassa? Mite läpötila uuttuu tislaukse edetessä? V Missä tislee pitoisuus o tässä kuvassa? Mite läpötila uuttuu tislaukse edetessä? L T (C) L T (C)

4 Paostislaus Paostislaukse toiita voidaa suuitella, ku kirjoitetaa ajasta riippuvat aietaseet ja faasitasapaiohtälö Seurataa pitoisuuksie uuttuista aja (tai jäljellä oleva esteäärä) fuktioa haluttuu loppupitoisuutee (este ja hör) asti Jatkuvatoiie tislauskoloi väkevöiti- eli rektifioitiosa haihdutus- eli strippausosa 3 4 Tätekappalekoloit Tislauskoloi pohjie rakee Saalaisia tätekappaleita voidaa kättää ös uutossa ja absorptiossa 5 6

5 Ideaalipohjie (-askelte) lukuäärä Graafiset eetelät Soveltuvat parhaite biääritislauksii (vai kopoettia) Tpillisi eetelä McCabe-Thiele porrastus Auttavat ärtäää tislaustapahtuaa sekä hör-este tasapaioja, vaikka kää harvei kätetää oiutkaiste tislaiie suuittelussa Ideaalipohjie lukuäärä Nueeriset eetelät atkaistaa aie- ja eergiataseet kullaki pohjalla (MESH htälöt: ass, equilibriu, suatio, eerg) Tehokkaita algoriteja koloie virtauste ja profiilie ratkaiseisee Tasapaiohtälöt ja etalpiataseet terodaaiste allie avulla Ohjeloitu kätäössä kaikkii siuloitiohjelii 7 8 Tislaie periteie ideaaliaskelalli suhde Söttö F F N- Lauhduti L N Kiehuti q B B B q Ideaalipohjat Pohja lauhduti Pohja N kiehuti Pohjia hteesä N Ideaaliaskelia N- (jos kokoaislauhduti, iksi?) Pohjat voidaa ueroida ös alhaalta lös Lauhduti L q = L / suhde o tärkeä tislausta kuvaava paraetri. Se avulla saadaa htes tislee äärä ja koloi sisäiste virtauste välille 9 0

6 Harjoitus: kirjoita koloi väkevöitiosalle aietase (ajasta riippuato) ratkaise siitä hör pitoisuus estee pitoisuude fuktioa ielivaltaisessa kohdassa koloia, olettae vakio hör- ja estevirtaukset Esitä tulos palautussuhtee avulla Sboleita ja ääriteliä: V, L,,,, = L / Söttö F F N- Lauhduti Kiehuti N L q B B B q V = + = Kättöviiva palautussuhtee avulla V + = L - - L L / + = - L = + + L Söttö F F N- Lauhduti L N Kiehuti q B B B q Kättöviiva Väkevöiisosa kättöviiva = Söttö F F Lauhduti L q Väkevöiisosa eli rektifioitiosa tarkoittaa koloissa sötö läpuoleista osaa V + = L - - Voidaa piirtää jos tislee pitoisuus ja palautussuhde tuetaa N- N Kiehuti q B B B L + - = - V V 3 4

7 Haihdutusosa kättöviiva Pohja pitoisuuksie äärittäie Söttö F F N- Lauhduti L N Kiehuti q B q Haihdutus- eli strippausosa tarkoittaa koloissa sötö alapuoleista osaa Tase pohja ja koloi pohja päri L = V + B - - B Ideaaliaskeloletus, eli faasitasapaio sitoo poistuvia virtoja Aietase (kättöviiva) sitoo koloissa saalla kohdalla olevia virtoja B B Väkevöiisosa kättöviiva Tasapaiokärä ja väkevöitiosa kättöviivat estee pitoisuus tp-kärä diagoaali =0,5 = =3 =0 = Koloi alaosa ja söttökohda aietaseide avulla voidaa piirtää kättöviiva ös haihdutusosalle 7 A) e pitoisuus B) Alittee pitoisuus C) Söttö ) Tasapaiokärä E) Haihdutusosa kättöviiva F) Väkevöitiosa kättöviiva Yhdistä terit ja uerot Ideaaliaskelte lukuäärä Tislaus estee KE pitoisuus KeLa IIa 6 8 3

8 McCabe-Thiele eetelä ideaaliaskeleide lukuäärä laskeiseksi Tasapaiokärä Ideaaliaskelte lukuäärä Koloi korkeus ja halkaisija Koloi korkeus saadaa ideaaliaskelte äärä avulla (pohjaväli tai HETP). Lisäksi tarvitaa lisätilaa esteejakolaitteille. Söttö Väkevöitiosa kättöviiva Koloi halkaisija saadaa erilaisista tulviis- tai paiehäviökorrelaatioista, ku koloi sisäiset virtaukset tiedetää (hör- ja estevirrat) Haihdutusosa kättöviiva Nopeudet (/s) eivät saa olla liia suuria, tai hör ja este eivät ee sie ie kuvitellaa Tislaus estee KE pitoisuus KeLa IIa 9 30 Söttö: joki erotettava kopoetti liukeee liuottiee eeä kui uut Uutto Ekstrakti: sisältää liuottiee liueutta erotettavaa aietta ja joki verra uita sötö kopoetteja (katajaa) Uuttolaite, jossa ekstrakti estefaasit pritää saaaa hvää kotaktii söttö vastavirtaperiaatetta hödtäe Liuoti: leesä kierrätetää, puhdistettu uutettavasta aieesta (regeeroitu) Liuoti raffiaatti affiaatti: se osa sötöstä joka ei liueut liuottiee (kataja). Sisältää eää vähä erotettavaa kopoettia utta hiuka liueutta liuotita Uuto virrat Uutto dekatterissa laboratoriossa Liuoti Ekstrakti Söttö affiaatti 3 3

9 Liuottie valita Yksi uuto hvä puoli o, että kätettävä liuottie voi valita Mikälaie o hvä liuoti? - selektiivie - korkea kapasiteetti - helppo erottaa uuteaieet liuottiesta ja liuotijääät raffiaatista - tihesero sötö kassa - rktö, ei korrodoi... Teollie esierkki Etikkahappoa voidaa valistaa. etaoli karbolaatiolla, asetaldehdiä hapettaalla tai selluloosa-asetaati tuotao sivutuotteea. Kaikissa tapauksissa etikkahapo ja vede seos pitää erottaa, jotta saadaa jääetikkahappoa (> 99,8 p-%) 34 Vesi-etikkahappo hör-este tasapaiotiedot echea, vol I, part b, suppl., p. 78 Vesi-etikkahappo hör-este tasapaiotiedot echea, vol I, part b, suppl., p. 78 vettä hörfaasissa vettä estefaasissa Erotus ättäisi periaatteessa ahdolliselta tislaaalla Tasapaiokärä lähellä diagoaalia Vede hörstisläpö korkea fi tislaus kuluttaa paljo eergiaa 35 36

10 Pohdi vierustoverisi kassa oheista prosessia Sekoiti - selkettiet - Mitä eri laitteissa tapahtuu (koloit, läösiirtiet, erotussäiliöt) - Miksi virrat johdetaa juuri äihi paikkoihi prosessissa. Kä läpi kaikki virrat Uuttolaitteet KE KeLa IIa Kertaus Erotusprosessie suuittelu perustuu faasitasapaioo ja opeutee, jolla sitä lähesttää Tislaus voidaa suorittaa jatkuvatoiisessa välipohja- tai tätekappalekoloissa, tai paostoiisesti Tislauskoloi suuittelu alkaa tpillisesti tarvittavie ideaaliaskelte äärä laskeisella Uutto perustuu siihe, että liuoksee lisätää liuoti, jolloi uodostuu kaksi estefaasia Uuttoprosessi tarvitsee pärillee kaikelaista lisuketta 39 40