Metoda McCabe-Thiele'a
Metoda McCabe-Thiele to technika inżynierii chemicznej służąca do analizy destylacji binarnej . Wykorzystuje fakt, że skład na każdej półce teoretycznej (lub etapie równowagi ) jest całkowicie określony przez ułamek molowy jednego z dwóch składników i opiera się na założeniu stałego przelewu molowego, co wymaga, aby:
- molowe ciepła parowania składników nadawy są sobie równe;
- na każdy mol odparowanej cieczy przypada jeden mol pary; I
- efekty cieplne, takie jak ciepło rozpuszczania, są pomijalne.
Metoda została po raz pierwszy opublikowana przez Warrena L. McCabe i Ernesta Thiele w 1925 roku, obaj pracowali wówczas w Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Budowa i użytkowanie
Diagram McCabe-Thiele'a dla destylacji wsadu binarnego jest konstruowany przy użyciu danych równowagi para-ciecz (VLE) dla niżej wrzącego składnika wsadu.
Na wykresie planarnym oś pozioma (x) reprezentuje ułamek molowy fazy ciekłej, a oś pionowa (y) przedstawia ułamek molowy fazy gazowej; linia x = y pod kątem 45 stopni (patrz rysunek 1) służy jako pomoc wizualna. Linia równowagi (czarna linia na rysunku 1), narysowana przy użyciu punktów danych VLE składnika o niższej temperaturze wrzenia, przedstawia równowagowe składy fazy gazowej dla każdej wartości składu fazy ciekłej. Linie pionowe biegnące od osi poziomej do linii x = y wskazują zasilanie i pożądane składy produktu z górnego destylatu i odpowiadającego mu produktu z dna (pokazanego na czerwono na rysunku 1).
Krzywa pracy sekcji rektyfikacyjnej dla sekcji powyżej wlotu zasilającego kolumny destylacyjnej ( pokazana na zielono na rysunku 1) rozpoczyna się na przecięciu linii składu destylatu i linii x = y i biegnie w dół (Δy/Δx) z L/(D + L), gdzie L jest molowym natężeniem przepływu refluksu , a D jest molowym natężeniem przepływu destylatu. Na przykład na rysunku 1, zakładając, że molowe natężenie przepływu orosienia L wynosi 1000 moli na godzinę, a molowe natężenie przepływu destylatu D wynosi 590 moli na godzinę, to nachylenie w dół krzywej roboczej sekcji rektyfikacyjnej wynosi 1000 / ( 590 + 1000) = 0,63, co oznacza, że współrzędna y dowolnego punktu na linii zmniejsza się o 0,63 jednostki na każdą jednostkę, o którą zmniejsza się współrzędna x.
Linia q (przedstawiona na niebiesko na rysunku 1) rozpoczyna się na linii x = y i przecina punkt początkowy linii operacyjnej sekcji prostowniczej. Parametr q to ułamek molowy cieczy we wsadzie, a nachylenie linii q wynosi q / (q – 1). Na przykład, jeśli wsad jest nasyconą cieczą, nie zawiera oparów, zatem q = 1, a nachylenie linii q jest nieskończone (linia pionowa). Jako inny przykład, jeśli zasilanie składa się wyłącznie z pary nasyconej, q = 0, a nachylenie linii q wynosi 0 (linia pozioma). Typowy diagram McCabe-Thiele na rycinie 1 wykorzystuje linię q reprezentującą częściowo odparowany wsad. Przykładowe nachylenia linii q przedstawiono na rysunku 2.
Linia operacyjna sekcji odpędzania dla sekcji poniżej wlotu zasilającego (pokazana na fioletowo na ryc. zielona linia pracy sekcji prostowniczej.
Liczba stopni między liniami roboczymi a linią równowagi reprezentuje liczbę półek teoretycznych (lub stopni równowagi) wymaganych do destylacji. Dla destylacji binarnej przedstawionej na rysunku 1 wymagana liczba półek teoretycznych wynosi 6.
Konstruowanie diagramu McCabe-Thiele nie zawsze jest proste. W ciągłej destylacji ze zmiennym stosunkiem refluksu, ułamek molowy lżejszego składnika w górnej części kolumny destylacyjnej będzie się zmniejszał wraz ze spadkiem stosunku refluksu. Każdy nowy stosunek refluksu zmieni gradient krzywej przekroju rektyfikującego.
Gdy założenie stałego przelewu molowego nie jest ważne, linie operacyjne nie będą proste. Korzystając z bilansów masy i entalpii, oprócz danych dotyczących równowagi para-ciecz i danych dotyczących entalpii-stężenia, można skonstruować linie operacyjne przy użyciu metody Ponchona-Savarita.
Jeśli mieszanina może tworzyć azeotrop , jej linia równowagi para-ciecz przecina linię x = y, uniemożliwiając dalsze rozdzielanie bez względu na liczbę półek teoretycznych.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Więcej szczegółowych informacji na temat rysowania diagramu McCabe-Thiele
- Szczegółowe omówienie metody McCabe-Thiele przez Tore Haug-Warberg, Norwegian University of Science and Technology, Norwegia
- Interaktywny diagram McCabe-Thiele'a
| Zasady |  |
|
|---|---|---|
| Procesy przemysłowe | ||
| Metody laboratoryjne | ||
| Techniki | ||