Destillation

Question 1

Vad är definitionen av q-värdet och vad antar q-värdet för möjliga värden då vi har ett tillflöde som är en blandning av ånga och vätska?
Vad beskriver q-linjen?

Answer 1

Definition;
q=värme att förånga 1 mol F(tillflöde)/ångbildningsvärme(t för tillflödet)

q>1 underkyld vätska
q=1 för mättad vätska
1>q>0 blandning mellan ånga och vätska
q=0 för mättad ånga
q

q-värdet beskriver tillståndet på tillflödet.

Question 2

Vilken strategi är (generellt) mest användbar när du ska utnyttja McCabe-Thieles-metoden?

Answer 2

1. Skaffa dig ett jämvikts-diagram
2. Lägg in kända sammansättningar
3. Fundera på tillståndet på tillflödet som ger oss q-linjen
4. Konstruera övre driftlinjen(komponentbalans över kondensorn) från punkten (xD, xD) på diagonalen till punkten (0, xD/(R+1) på y-axeln
5. Konstruera nedre driftlinjen från skärningspunkten mellan övredriftlinjen och q-linjen till punkten (xB, xB) på diagonalen.
6. “Stega” - lös komponentbalans och jämviktssamband grafiskt

Question 3

Nämn stegen innan fasjämvikt inträffar.

Answer 3

1. Värm innehållet tills kokning uppstår
2. Håll trycket konstant genom att kondensera lika mycket som kokas upp
3. Efter en stund är sammansättningen konstant i ång- och vätskefas -> Fasjämvikt har inträffat
   Tv=Tl
   Pv=Pl
   myv=myl

Question 4

Vad tar fugacitetskoefficienten hänsyn till och när används den?

Answer 4

Används vid höga tryck
Gasfaserna långt ifrån varandra utan att reagera (men det finns attraktionskrafter mellan dem och det är detta denna konstant tar hänsyn till)

Question 5

Vad är relativ flyktighet (alfa) ett mått på?

Answer 5

Ett mått på hur lätt ett system är att spearera. alfa=1 omöjligt att separera med destillation (azotrop) då krävs istället t.ex. vätska-vätska extraktion.
alfa = 3->5 är vanliga värden

Question 6

jämviktssamband

Answer 6

y=(alfax1)/(1+(alfa-1)x1)

Question 7

Hur kan man bestämma ångtrycket?

Answer 7

Perry alt Antoines ekv.
(lättflyktig komponent kommer alltid att ha det högsta ångtrycket)
Används vid bubbelpunktsberäkningar

Question 8

Vad är ångtryck?

Answer 8

Ångtryck är en egenskap.
Det tryck vid vilket ett ämnes avdunstning är i jämvikt mellan dess flytande och fasta tillstånd vid någon given temperatur

Question 9

Vad är fugacitet?

Answer 9

“Mått” på tendensen för en molekyl att fly ifrån det system den för ögonblicket befinner sig i.
(Om gasen antas vara ideal är fugaciteten lika med patrialtrycket)

Question 10

Vad innebär det när det relativa flyktigheter (alfa) ökar?

Answer 10

lättare att separera = lågt tryck

Question 11

760mmHg =

Answer 11

1 atm

Question 12

1 bar =

Answer 12

100000 Pa

Question 13

Vilka krav ställer man på anordningar för att få stegvis kontakt (bottenkolonner)?

Answer 13

1. Bottenkolonner
2. God kontakt med ånga och vätska
3. Kolonn ska vara dimensionerad/designad utifrån aktuella ång-/vätskeflöden
4. Lätta att underhålla och konstruera. Billiga
5. Små/låga tryckfall

Question 14

Bottenkolonner:
jämför följande bottnar Ventilbotten, Silbotten, Klockbotten inom; 
Kostnad
Kapacitet
Tryckfall
Arbetsområde
Verkningsgrad

Answer 14

Kostnad lägre Silbotten, Ventilbotten, Klockbotten ökar
Kapacitet lägre Silbotten, Ventilbotten, Klockbotten ökar lite
Tryckfall lägre Silbotten, Ventilbotten, Klockbotten ökar
Arbetsområde låg Silbotten, Ventilbotten, Klockbotten ökar
Verkningsgrad jämförbara/oberoende

Question 15

Vad vet du om sil- ovh ventilbottnar?

Answer 15

Silbotten:
känsligare för skillnader än klockbottnar. gråter lätt

Ventilbotten:
större arbetsområde, mindre risk för att tjärliknande ämnen fastnar

Question 16

Vilka krav brukar man ställa på packade kolonner?

Answer 16

1. Låga tryckfall
2. Packningsmaterialet ska ge en stor yta för att möjliggöra kontakt mellan ånga och vätska.
3. Sprida ångan och väskan över kolonntvärsnittet

Question 17

När bör du välja en bottenkolonn vs en packad kolonn?

Answer 17

Bottenkolonn:
Stora kolonner
Låga vätskeflöden
Kylning

Packad kolonn:
Korrisiva vätskor
låga tryckfall
“små” klonner (ca 0.5 m i diameter)

Question 18

Vad är en korrosivvätska?

Answer 18

Is one that will destroy and damage other substances with which it comes into contact

Question 19

När används mantlad destillationsblåsa och internvärmeväxlare?

Answer 19

Endast i små kolonner i exempelvis pilotskal

Question 20

Beskriv vad en Kettle boiler är, fördelar/nackdelar och när den är lämplig att använda.

Answer 20

Ger lågt tryckfall, används vid vakuum.
Lågt U-värde i värmeekv. -> Kräver stor yta ty Q=UAdeltaT

Bra vid
+ större processer
+ enkla och pålitliga

minus
Låg värmeöverföringskapacitet vilket ger lågt tryckfall (U)
Stor yta krävs
Kan behöva pumpning av bottenvätska in i kokaren.

Hur den fungerar:
Vätskan lämna avloppsbrunnen och kommer via fallbrunnar ner till botten av kolonnen. Vätskan leds in i Kettlen (ibland krävs pumpning) . I Kettlen kommer vätskan delvis fångas genom tillförsel av värme (ångan S). Bottenprodukten (W) som lämnar återkokaren är i jämvikt med (Vstreck) ångan som går till bottentråget av kolonnen.

Question 21

Beskriv hur en Termosifon/thermosyphone-återkokare fungerar, samt fördelar och nackdelar, samt när den lämpar sig att användas.

Answer 21

All vätska fångas inte, ej fullgjord värmeöverföring -> tvåfasflöde i jämvikt.

Används när:
Bottenprodukt har temperaturkänsliga komponenter.
Bottentrycket är högt
Endast litet deltaT tillgängligt för värmeöverföringen
Heavy fouling inträffar (fouling: nedsmutsning)

Plus:
Högt U-värde
Behöver ej pumpning av bottenvätska
Naturlig cirkulering sker genom att använda destillationsskillnader mellan ingående bottom liquid och utgående vapor liquid mixture i termosifonen.

Minus:
Mer komplex än Kettle och behöver mer observering
Används EJ för hög viskösa blandningar ty då behövs pumpar
Ej vid vakuumoperationer

Question 22

Vilken av total kondensorn och patrial kondensorn är ett idealt steg och när används den?

Answer 22

Patrial kondensorn är ett idealt steg och används vid väldigt lättflyktiga komponenter

Question 23

Vid drift av destillationskolonner brukar man vilja ha R/Rmin (1.2 till 1.5) för att driften ska vara ekonomisk.
Vilka två kostnadsslag delat man upp den totala kostnaden i?

Answer 23

fixed costs and operationg costs

R=L/D
L hög -> hög andel vätska förs tillbaka -> mer att koka upp -> Driftkostnader öker

Driftkost. är som lägst vid Rmin ty det krävs minimal ENERGI att koka upp vätskan ty låga L-flöden.

Investeringskost.
höga vid Rmin ty oändligt antal bottnar. Om R ökar -> mer L att bevara -> bättre återkokare -> mer energi behöver tillföras
-> ökar arean på återkokaren för att få bättre kapacitet Q=UAdeltaT

Note that there are 2 components of total cost: fixed costs (such as those for purchase of the distillation column and internals, reboiler, condenser, and other equipment) and operating costs (costs associated with operation of the plant, e.g. utilities like condenser cooling water, reboiler steam, pump horsepower, etc).

At minimum reflux ratio, the fixed cost is infinite (due to infinite number of stages required), but the operating cost is at a minimum, because minimum amount of liquid is to be handled (e.g. consuming lesser pump horsepower, lesser cooling capacity, etc).

As reflux ratio increases, less stages are required but larger equipment are now needed to handle the increased reflux liquid and reboiled vapour load. Thus the fixed cost initially decreased but eventually increase again when the reflux ratio approaches total reflux. The fixed cost this falls through a minimum and then rise again to infinity. As for the operating cost, it will continue to increase with increasing reflux ratio.

The total cost, which is the sum of fixed cost and operating cost, must therefore passes through a minimum. The reflux ratio at this minimum total cost is the optimum (or economical) reflux ratio. Typically the optimum reflux ratio is approximately 1.2 to 1.5 times Rmin.
http://www.separationprocesses.com/Distillation/DT_Chp04n3.htm

Question 24

Beskriv fenomentet kokpunktshöjning

Answer 24

En vätska, exempelvis vatten, får en högre kokpunkt när ett annat ämne löses i vätskan. Av denna anledning har vatten med löst salt, exempelvis havsvatten, en högre kokpunkt än rent vatten.

Question 25

När antas en gas vara ideal?

Answer 25

När fugaciteten =patrialtrycket

Question 26

Beskriv allmänt vad destillation är

Answer 26

En diffusionsoperaion på et homogent tillflöde baseras på komponenternas olikhet i ångtryck.

• En vätskeblandning värms till bubbelpunkten
• ånga bildas som ofta har en annan sammansättning än kvarvarande vätska.

Question 27

Vilken begränsning brukar man i först hand betrakta vid dimensionering av en bottenkolonn?

Answer 27

Diameter: baseras på ånghastigheten vid flödning (god kontakt med vätska och ånga)

Antal steg: styrs av produktens renhet/önska renhet

Tornhöjd: (höjd = antal steg)

Bottentyp

Tryck: strövar efter låga tryckfall (oftast vill du jobba vid ett lågt tryck för att den relativa flyktigheten (alfa) ska bli så stor som möjligt)

Energiåtgång: tryck, komponenternas kokpunkt

Question 28

Vilken separationsutrustning ska du välja om separationen sker vid vakuum?

Answer 28

Kettle-återkokare
Och silbotten ty den är billig och vid vakuum blir tyrckfallet litet (silbottnar är annars känsliga för tryckskillnader och gråter lätt)

Question 29

Varför finns det ett optimalt återflödesförhållande vid destillation?

Answer 29

Där är totalkostanden som lägst.
http://www.separationprocesses.com
/Distillation/DT_Chp04n3.htm