Thermische Verfahrenstechnik

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1 Thermihe Verfahrentehni Prof. Dr.-Ing. B. Platzer Verfahrentehni Apparatebau Thermodynami

2 TVT Sript I II Einführung Thermodynamihe Grundlagen II.1 Reale reiner Stoffe II.1.1 Grundlagen II.1.2 Zutandgleihungen II.1.3 Dampfdru II.1.4 Verdampfungenthalpie II.2 Phaengleihgewihte II.2.1 Grundlagen II.2.2 Dampf-Flüig-Gleihgewihte (VLE) II Anwendung von Zutandgleihungen II Anwendung von Ativitätoeffizienmodellen II.2.3 Flüig-Flüig-Gleihgewihte (LLE) II.2.4 Dampf-Flüig-Flüig-Gleihgewihte (VLLE) II.2.5 Löliheit von Gaen II Raoulthe Geetz II Henryhe Geetz II.2.6 Fet-Flüig-Gleihgewihte III Thermihe Trennverfahren / Apparative Getaltung III.1 Detillation / Retifiation III.2 Extration III.3 Aborption III.4 Adorption VI Apparate zur Wärmeübertragung VI.1 Rohrbündelwärmeübertrager VI.2 Plattenwärmeübertrager - 2 -

3 TVT Sript I Einführung Im Folgenden einige Beipiele (. auh Powerpoint-Präentation zur Vorleung) zur Verfahrentehni Beipiele: a) Entoffeinierung von Kaffee mit überritihem CO 2 P P 73,76bar CO 2 b) Kondenation eine Zweitoff (binären) - Gemihe in einem Wärmetauher Eigenhaften der flüigen und dampfförmigen Phaen önnen über die Länge (d.h. mit der Zuammenetzung) tar variieren: - Siedetemp. de Gemihe - Verdampfungenthalpie de Gemihe - Vioität de Gemihe - et. ) Trennung eine binären Gemihe in einer Retifiationolonne A Leihtieder B Shwerieder Durh da reale Verhalten der Mihung wird der Trennaufwand wie: - Energie Q zu, Q ab - Dimenionierung der Kolonone (Durhmeer, Höhe) und Einbauten - Dimenionierung de Wärmetauher - et. betimmt. Wihtigeit der Stoffdaten anhand der - 3 -

4 TVT Sript Aulegung von Retifiationolonnen. Stoffeigenhaft Phae Variable Wihtigeit Dampfdru LG T +++ Verdampfungenthalphie LG T,(x) ++ pez. Wärmeapazität L,G T,(p,x,y) ++ Dihte L,G T,(p,x,y) ++ Wärmeleitfähigeit L,G T,(p,x,y) + Vioität L,G T,p,(x,y) + Diffuionoeffizient L,G T,p,x,y + Oberflähenpannung L T,p,(x) + Phaengleihgewiht (S)LG T,p,x,y ehr wihtig ++ wihtig + weniger wihtig (meit in Sonderfällen) x,y Maß für die Zuammenetzung in der flüigen bzw. gaförmigen Phae II Thermodynamihe Grundlagen Biher wurden im Studium nur: da ideale Ga, mit pv mrtund eine Mihungen, owie da reale Fluid Waer anhand von Diagrammen u. Tabellen behandelt. Die it für die therm. Verfahrentehni niht aureihend. II.1 Reale reine Stoffe Diee Kapitel bildet die Grundlage zur Behreibung von Mihphaen. II.1.1 Grundlagen Die ideale Gagleihung it nur in dieem leinen Gebiet der Zutandflähe eine realen Stoffe gültig. Streng genommen nur gültig für den Grenzfall p 0. Da o wihtige Nadampfgebiet wird niht behrieben - 4 -

5 TVT Sript Die pvt-flähe für reine Fluide Beipiel: Enthalpie de idealen Gae h h(t) Variationen de Drue bei ontanter Temperatur Enthalpie bleibt ontant Kompreionälteanlage - Kühlhran I. ienthalphe Entpannung über die Droel: Reale Ga t t 3 4 id. Ga h h(t) ont T ont. t t 3 4 Kühlhran mit idealem Ga al Arbeitfluid bringt eine Kühlung!! - 5 -

6 TVT Sript lg(p),h-diagramm - 6 -

7 TVT Sript Reale Ga: uu(t, ) h h(t,p) S(T,p) Definition: Realanteile Differenz zwihen der thermodynamihen Eigenhaft eine realen Fluide und eine realen Gae bei gleihem Dru und gleiher Temperatur. x x id T,p Anmerung: Sie beruhen auf zwihenmoleularen Wehelwirungen Tab. II.1: Beziehungen zw. den Zutandfuntionen Funtion Allgemein Id. Ga Innere Energie p id du vdt T pd T v dt Enthalpie p id dh pdt T dp T p dt p Entropie id p d dt dp p dt R dinp T Tp T Wihtige Hilfgröße: p Z R T Realgafator Kompreibilitätfator id. Ga id p z 1 R T - 7 -

8 TVT Sript Realgafator Z=(pv/RT) für reine Fluide - 8 -

9 TVT Sript Beipiel: Realanteil im Volumen id ZRT RT RT Z 1 T,P P P P au Beiblatt 6 erihtlih: E gibt Gebiete mit z<1 Da Volumen, da realen Gae it leiner al da de idealen die Moleüle ziehen ih an E gibt Gebiete mit z>1 Da Volumen de realen Gae it größer al da de idealen die Moleüle toßen ih ab II.1.2 Zutandgleihungen E exitieren neben den tatihen Anätzen zwei Formen: ubihe Zutandgleihungen und Virialgleihungen II Kubihe Zutandgleihungen van der Waal Gleihung (1873) Z Z ab Z an Anziehende Wehelwirungen a Eigenvolumen d. Moleüle abtoßende Kräfte b bzw. Z P a b RT R T a b 2-9 -

10 TVT Sript bi heute viele Modifiationen. Die wihtigten ind: Redlih Kwong (RK) 1949 Soave Redlih Kwong (SRK) 1972 häufig in der Indutrie genutzt Peng Robinon (PR) 1976 eine allgem. Form: Z 2 b RT bzw. RT P b 2 Tab. II.2: Spez. Parameter für die allgem. Form Gleihung van der Waal a 0 0 Redlih-Kwong a T b 0 Soave-Redlih-Kwong a(t) b 0 Peng-Robinon a(t) 2b -b 2 a(t) a (T) Die Parameter a und b önnen durh Anpaen an Maßwerte ermittelt werden. Sind eine vorhanden, o laen ie ih auh au den ritihen Daten annähernd betimmen. (. ug. II ) Beipiele: a.) van der Waal Gleihung Z a R P T a 1 8 R T P

11 TVT Sript b.) Redlih Kwong - Gleihung Z R T a 0,42748 P 5 2 R T a 0,08664 P II Virialgleihungen Erte empirihe Formulierung von Kamerlingh-Onne (1901) CT p BT) Z RT Die Viriloeffizienten B(T), C(T) uw. ind reiner Temperatur und beinhalten die Zwihenmoleüle Wehelwirungen: B(T) zweiter Virialoeffizient Wehelwirungen zwihen 2 Moleülen (Dupletten) C(T) dritter Virialoeffizient Wehelwirungen zwihen 3 Moleülen (Tripletten) Wihtigte Vertreter dieer Gleihungen: BWR Gleihungen (Benedit, Webb, Rubin 1940) BWRS Gleihungen (BWR-Modifiation von Starling) Bender Gleihungen (1973) II Generaliierte Zutandgleihung Prinzip der Korrepondierenden Zutände Die Gleihung wird normiert auf einen angezeihneten Punt der PVT-Flähe Kritiher Punt reduzierte Größen r T T r T T p p, T p p, T r r

12 TVT Sript z.b. Redlih Kwong Gleihung r ZT r, r r 0, T 3 4 r 1, ,25992 r Diee 2-parametrige Korrepondenzprinzip (mit T, p bzw. T, it nur zur Behreibung einfaher Stoffe mögliht ugelförmige und unpolare Moleüle aureihend genau. Drei Parameter Anatz mit dem azentrihen Fator (Pitzer) Z Z T,P, r r 1.00 log p p T 0,7 T au der DDK ermitteln (Tabellenwert) z.b. Soave Redlih Kwong Gleihung (SRK) RT at p b at a T b 10,48 1,574 0, T 0,5 2 at r R T a 0,42748 p 2 2 RT b 0,08664 p Eine weitere Mögliheit der Generaliierung it die zwihen Referenzfluide Methode von Lee und Keler r Z T p Z T P Z T p Z T p 0 0 r, r, r, r r, r r, r r Z (0) 0 gilt für einfahe Fluid (z.b. Argon), da mit einem 2-parametrigen Anatz 0 gut behrieben werden ann. r Z für omplexe, polare Fluid

13 TVT Sript Mere: Bei tar polaren (z.b. Aloholen Methanol et.) oder aoziierenden (z.b. Carbonäuren Aryläure) Stoffen ann e zu größeren Fatoren ommen. II.1.3 Dampfdru Der Dampfdru it innerhalb verfahrentehniher Beziehungen eine zentrale Stoffeigenhaft. Clauiu Clapeyron Gleihung dp dt T h v ' '' h v Verdampfungenthalpie ' '', Siede bzw.taupunt darau leiten ih viele Dampfdrugleihungen ab. z.b. - Kirhhoffhe DDGL B T lnp A ClnT - Antoine Gleihung B logp A (häufig verwendet) T C - Wagner Gleihung Auh generaliierte Formen der Dampdrugleihungen ind im Einatz: z.b, ehr einfahe Form p T ln 5, p T II.1.4 Verdampungenthalpie Für eine einfahe Abhätzung: Regel von Trouton (1854) B v v hb 21TB hb Verdampfungenthalpie an Normaliedepunten T v al h B gmol Temp. de Normaliedepunte in Kelvin Einige weitere Mögliheiten: TB Sind Dampfdrudaten, d.h. eine Dampfdruurve vorhanden Clauiu- Clapeyron Gleihung (. Kap. III 1.3.)

14 TVT Sript II.2 Phaengleihgewihte Die Kenntni von Phaengleihgewihten it bei der Aulegung Verfahrentehniher Unit, wie z.b. - Retifiationolonnen, - Extrationapparaten, - Kritaliatoren, - Wärmetauhern, - Aborbern, et. von grundlegender Bedeutung. II.2.1 Grundlagen z.b. VLE Definition: Gleihgewiht Sytem beteht au 2 oder mehreren homogenen Phaen. Keine Wehelwirungen mit der Umgebung Q W 0 Wenn im intereierenden Zeitraum eine Änderungen der miroopihen Eigenhaften auftreten, it da Sytem im Gleihgewiht. Die Phaen ind miteinander im PHASENGLEICHHEIT Gleihgewihtbedingungen Allgemein für: N-Phaen und 1 bi K Komponenten T T T... T ' '' N p p p... p ' '' N... ' '' N Thermihe Gleihgewiht Mehan. Gleihgewiht Stofflihe Gleihgewiht mit 1...K R hem. Potential der Komponente Mit dem von Levi aufgeführten Begriff der Fugazität f folgt für da tofflihe Gleihgewiht ' '' f f f... Gibbhe Phaenregel für niht reagierende Stoffyteme. F K N2 F Anzahl der Freiheitgrade K Anzahl der Komponenten N Anzahl der Phaen

15 TVT Sript z.b. Reiner Stoff K=1 Gagebiet N=1 F=2 Vorgaben von p,t oder V,T Naßdampfgebiet N=2 F=1 Vorgaben von p oder T Binäre Sytem K=2 Gagebiet N=1 F=3 p,t Konzentration Zweiphaengleihgewiht N=2 F=2 p,t oder p, Konzentration Unterhiedlihe Konzentrationmaße Mihphae it harateriiert durh die Angabe der Menge der einzelnen Komponenten Maenanteile (Maenbruh) m m m... m m (Maenangabe) 1 2 n n n... n n (Molangabe) i i wi m m Molanteil (Molenbruh) 1 2 m m w 1 W i g g Partialanteil x i ni n ni n n 1 mol xi mol Molarität mi i v g i 3 m C i n i v mol Ci Liter Molalität n C i = 1000g i Löungmittel C g mol Löungmittel Beladung Maenbeladung

16 TVT Sript x m, i mi m Molbeladung j x i n n i j Umrehnung zw. den einzelnen Konzentrationangaben

17 TVT Sript Fragetellung it im Allgemeinen: Welhe Konzentration und welher Dru tellt ih in der 2-Phae ein, wenn ih diee Phae mit einer 1- Phae gegebenen Zuammenetzung und Temperatur im Gleihgewiht befindet? 0 Beannt it: f x f Fugazität f oll mit mebaren Größen, Dru, Temperatur und Zuammenetzung dargetellt werden önnen Einführung von Hilfgrößen f 0 Ativitätoeffizient und f 0 Standardfugazität x f Fugazitätoeffizient x f p Zwei unterhiedlihe Wege zur Dartellung der Fugazität: a.) f x f 0 b.) f x p bzw. f p Weg a.) wird in erter Linie zur Behreibung der Fugazität ondenierender Phaen bei mäßigen Drüen (bi a. ~ 10 bar) herangezogen! Benötigt wird der Ativitätoeffizient und die Standardfugazität Weg b.) bei höheren Drüen und niht ondenierbaren bzw. über Komponenten. Fugazitätoeffizient zur Behreibung der Fugazität notwendig. R folgt au der Kenntni de pvt-verhalten, d.h. au Zutanddiagramm 0 f II Behreibung der Fugazität mit Hilfe von Ativitätoeffizienten Neben den Ativitätoeffizienten wird die Standardfugazität wählbar. 0 f benötigt. Sie it frei

18 TVT Sript I. Standardfugazität : Fugazität d. reinen Flüigeit Reine Flüigeit bei Sytemdru und -temperatur mit p 0 0 p lnf p lnf p Fugazität, der reinen Flüigeit im Siedezutand f P P 0 dp R T mit f p Y p 0 und wenn da Flüigeitvolumen im betrahteten Drubereih al ontant betrahtet werden darf. p P p a pp 0 f P P exp R T POYTING-Korretur Ethanol Waer 100 1,0022 1, ,022 1, ,2425 1,0667 POYNTINGKorretur wihtig bei hohen Drüen R II. Standardfugazität: Henryhe Kontante f p 0 1 H1,2 lim 1 2 f x 1 1 x 0 x 1 p p 2 T ont Henryhen Kontante de gelöten Stoffe 1 ergibt ih au der Steigung der Fugazität für eine Moleül x 0, d.h. beim Sättigungdampfdru de Löungmittel

19 TVT Sript II Behreibung der Fugazität mit Fugazitätoeffizienten Dabei wird der Fugazitätoeffizient au einer Zutandgleihung z.b. mittel betimmt. ln 1 p R T RT v n v T,v,n j II.2.2 Dampfflüigeitgleihgewiht VLE Dartellung in unterhiedlihen Diagrammen: hier binäre Syteme Dru-Zuammenetzungdiagramm (T=ont) iothermihe Erhitzung Erwärmen der Flüigeit in erte Dampfblaen Punt im Nadampfgebiet 3 teht im GG mit 3 Verdampfung de Gemihe in verhwindet letzte Flüigeittröpfhen

20 TVT Sript Siedediagramm p ont Überhitzung de Dampfe Hebelgeetz: n' n'' y x ISOBARE Wärmezufuhr Dampfdrudiagramm

21 TVT Sript KPM Krit. Punt der Mihung Gleihgewihtdiagramm Enthält Linien y=y(x) für p=ont Für Diagonale gilt x 1 =y 1 Der Dru P 4 it größer al der ritihe Dru P 1 de Stoffe 1 (Leihtieder) II Anwendung von Ativitätoeffizientenmodellen Wahl der Standardfugazität Hängt ab von der Problemtellung: Nah I Häufig nah I für Detillation, Retifiation et.. Nur bei Löliheiten von Gaen (Gawähen, Aborption) nah II. p p '' exp y p f f x p RT Mit ' exp p p RT x Vereinfahungen: Bei Druen p 1bar Neben dieer Gleihung gilt:, 1 und 1 x

22 TVT Sript N x 1 bzw. y 1 Summationbedingung der Molanteile 1 1 N N p p Summe der Partialdrüe 1 x T p und T, p, x1,..., x 1, behreiben da Realverhalten in der Flüigphae T, p, y y da Realverhalten in der Gaphae. 1,..., 1 p die Korretur de Dampfdrue der reinen Komponente. E gibt alo -Gleihungen für 2 unabhängige Größen x, y, p und T. Laut Gibbher Phaenregel müen Variable vorgegeben werden F N 2 Berehnung erfolgt für: p,, au einer Zutandgleihung für den reinen Stoff au einer Zutandgleihung für die Gamihung au einem Anatz für den Ativitätoeffizienten. x p y p Ideale Ga- und Flüigphae d.h. 1 u. x 1 und 1 x p y p Raoulthen Geetz Dru-Zuammenetzungdiagramm (T = ontant) für Siede- und Taulinie eine binären Sytem folgt p1 y1p x1 p1 T p2 1y1p1x1 p2t, ptx p p xpt1x pt Siedelinie it Gerade im px-diagramm!,

23 TVT Sript pty, p2 T p 1 y1 1 p 2 1 T T Taulinie it eine Hyperbel! p p=ont p T=ont p 1 T 2 SL TL onode T(y) SL P(x) TL P(y) T(x) T 1 p 2 0 x 1, y 1 1 x y 0 1 x 1, y 1 Einige Modelle zur Behreibung de Ativitätoeffizienten Anatz von Margale (1895) Anatz von Porter (1920) Anatz von Redlih, Kiter (1948) Anatz von Wilon (1964) NRTL-Anatz (Renon, Praunitz 1967) Non-Random-Two-Liquid UNIQUAC-Anatz (Abram, Praunitz 1974) Indutr. Anwendung Wünhenwert wäre Modelle die owohl die Konzentration- al auh die Temperaturabhängigeit rihtig behreiben. Die wird von einem Anatz derzeit voll erfüllt. Sie ind jedoh gut geeignet zur Vorrauberehnung, vieler Mehromponentenytem nur aufgrund der Kenntni der binären Randyteme. Diee Anätze etzen Mewerte de binären Sytem (T, p, x -, bzw, T, p, x, y Mewerte) zur Anpaung der Modellparameter vorau. Sind eine Mewerte vorhanden, helfen Gruppenbeitragmethoden, d.h. der Ativitätoeffizient wird aufgrund von Beiträgen einzelner Struturgruppen de Moleül betimmt. Anätze hierfür ind: UNIFAC (Fredenlund et al. 1977) ASOG (Kojima et al. 1979) Zur Berehnung der detillativen Trennbareit eine Gemihe wird in der Verfahrentehni bevorzugt die

24 TVT Sript y x K 12 x y relative Flüigeit oder Trennfator K2 mit K y x Verteilungfator oder Flüigeit (K-Wert) benutzt. 1 Leihtieder eine Trennung möglih! 12 1 Syteme mit azeotropen Punt Am azeotropen Punt gilt: x y x Mit idealer Gaphae, d.h. 1 Folgt 1 AZ 2 2 AZ 1 x p T x p T Ideale Ga- u. Flüigphae ( 1) p T p T 1 2 die Dampfurven hneiden ih

25 TVT Sript Verhiedene Phaengleihgewihtdiagramme für folgende Syteme: (Beiblatt 10)

26 TVT Sript Syteme mit 1 Ähnlihe Wehelwirungen zwihen gleihen und verhiedenen Moleülen (ideale Verhalten) Syteme mit 1 Wehelwirungen zwihen gleihen Moleülen größer al zwihen verhiedenen (poitive Abweihung vom Raoulthen Geetz) Syteme mit 1 Aubilden von 2 Flüigphaen (Mihunglüe), da Moleül 1 ih niht um Moleüle 2 lagern will und umgeehrt. (tar poitive Abweihung vom Raoulthen Geetz) Syteme mit 1 Wehelwirungraft zwihen unterhiedlihen Moleülen ehr viel größer al zwihen gleihen. Solhe Syteme bilden eine 2 flüigen Phaen! (negative Abweihung vom Raoulthen Geetz) III Thermihe Trennverfahren / Apparative Getaltung III.1 Detillation / Retifiation Anwendungen von Dampfflüigeitgleihgewihte in der Verfahrentehni gibt e viele. Detillation- / Retifiationolonnen Wärmetauher Flah Behälter et. Anwendung hier um Beipiel der Detillation / Retifiation (Wärmetauher in weiterführenden Vortellungen) Detillationblae

27 TVT Sript Retifiation Mehrtufige Kolonne mit innerem Wärmetauh Stufe Feed Annahmen: Konz. Id. Feedboden Temp. flüig iedend 1 Konz. % t % t A (p Kopf ) t B (p Sumpf )

28 TVT Sript Detail x (Beiblatt 15) Bilanzierung eine Kolonnenboden mit einem Zulauf und zwei Seitenabzügen. (bezogen auf n-ter Boden) Definition: theoretiher Boden (Stufe): Wärme- und Stoffautauh ind bei der theoretihen Stufe ideal. Die abtrömende Dampfphae teht im Gleihgewiht mit der abtrömenden Flüigphae. Methoden zur Berehnung von Retifiationolonnen Methode Graphih Short-Cut Gleihgewihttufenmodell Stoff- u. Wärmeübertragungonzept (HTU NTU - Konzept) NTU = Number of Tranfer Unit HTU = Height of Tranfer Unit Werzeug MCabe-Thiele, Ponhon-Savarit Smoer, Fene Underwood - Gilliland Simulatoren ASPEN+, CHEMCAD, CHEMSHARE Simulatoren Rapody, ASPEN* Graphihe Methoden haben nur noh hitorihe bzw. pädagogihe Bedeutung. Short Cut Methoden dienen zur überhlägigen Abhätzung, vor allem in einer frühen Phae der Verfahrenentwilung. Aulegung von Detillationolonnen heute bevorzugt mit dem Gleihgewihttufen Modell. Spielen Stoff- und Wärmeübertragungprobleme eine enthiedene Rolle. HTU - NTU Konzept (. Kapitel zur Aborption)

29 TVT Sript MCabe Thiele Verfahren (Beiblatt 13)

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32 TVT Sript III.1.1 Gegentromdetillation Retifiation Sehr energieintenive Verfahren (Wärmeintegrationverfahren. eparate Kapitel der Vorleung) E haben ih viele Verfahrenvarianter entwielt. III Kontinuierlihe Retifiation in Kolonnen mit Abtrieb- und Vertärungteil Gemihe ohne azeotropen Punt ind fat volltändig zerlegbar. Bei einer Mihung mit K- Komponenten müen K-1 Kolonnen miteinander verhaltet werden. Die Anzahl der möglihen Kolonnenverhaltungen beträgt Z 2 K 1! K! K 1! Vorauetzung jede Kolonne bewältigt nur eine Trennaufgabe, d.h. Seitenabzüge, Rüführungen und Kreiläufe ind au gehloen. Beipiel: Dreitoffgemih Z 2 31! ! 3 1! 12 A A A, B, C B A, B, C B B, C C C Unter Einbeziehung von Rüführungen und Seitenabzügen önnt jedoh noh Shaltungvarianten hinzuommen. A A A, B A A, B, C B A, B, C B A, B, C B C C C, B C

33 TVT Sript Seitenabzüge A A A A, B, C B A, B, C B C C A A A, B, C A, B, C B B C uw. Seitenabzüge + Rüführungen BRUGMA oder PETLYUK Shaltung A A, B, C B C Auwahl der optimalen Trennequenz Wirthaftliheit unter Randbedingungen wie: Siherheit Zuverläigeit Flexibilität Umweltrelevanz Mögliheiten de Vorgehen a) Sytematihe Unteruhen aller Mögliheiten b) Beurteilung aller Mögliheiten mit Short-Cut-Programm

34 TVT Sript ) Heuritihe Regeln a) It ehr zeitaufwendig oteninteniv b) Beurteilungriterium notwendig meit Mindetenergie der jeweiligen Verhaltung Short-Cut-Methoden meit nur für nahezu ideale Probleme verfügbar. ) Heuritihe Regeln ind au der Erfahrung abgeleitet. z.b. Leiht Trennung zuert Äquimolare Split bevorzugen A A, B, C, D B C D Direte Trennequenz bevorzugen Große Mengen zuert abtrennen Korroive, giftige und anderweitig gefährlihe Subtanzen mögliht früh abtrennen. Shwierige Trennung zuletzt Stoffe mit hoher Reinheit zuletzt abtrennen geammelte Produt einmal über Kopf It zur Kondenation ein Kältereilauf notwendig, entprehende Auftrennung am Shlu vorehen III Reine Abtriebolonne (Strippolonne) Arbeitet ohne Rülauf Zulauf flüig Nur Sumpfprodut ann nahezu rein gewonnen werden. Feed Detillat Sumpfprodut Anwendung: z.b. bei rüführbarem Kopfprodut (Rohölaufarbeitung), Weiterverarbeitung von Seitenabzügen von Kolonnen. Kleine Durhätze

35 TVT Sript III Reine Vertärungolonne Zulauf zur Kolonne größtenteil Dampfförmig. Nur Kopfprodut ann nah zu von gewonnen werden. Anwendung: leine Durhätze leine Sumpfproduttröme Auhaltung eine Shwerieder Detillat Feed Sumpfabzug III Trägerdampfdetillation Kommt zur Anwendung, wenn noh iedende Stoffe au einem Gemih thermih honende abzutrennen ind. In die Kolonne wird ein, mit den anderen Komponenten niht mihbare Trägerdampf (oder Inertga bei der Löemittelrügewinnung) eingeblaen. Beipiele: a) Trägerdampfretifiation Verdampfer ann auh volltändig entfallen!

36 TVT Sript b) Löemittelrügewinnung au der Aborption Kopfabzug Beladene Löemittel Ga-/ Flüigeitabheider Strippolonne Inertga Sumpfabzug III Trennung von azeotropen Gemihen Azeotrope Gemihe laen ih durh einfahe Detillation und Retifiation niht trennen, da Flüigeit und Dampf dieelbe Zuammenetzung haben. y X F I X AZ X F II x Je nah Lage der Feedzuammenetzung ann al Sumpfprodut die Komponente 1 nahezu F rein gewonnen werden x I und am Kopf erhaut maximal da Azeotrop x AZ, bzw. die Komponente 2 it nahezu rein in Sumpf und am Kopf tritt manhmal die azeotrop Konzentration auf. Der azeotrope Punt ann jedoh durh folgende Maßnahmen verhoben werden

37 TVT Sript III Zweidru Retifiation Zwei möglihe Azeotrope: 1) Azeotrop mit Drumaximierung 2) Azeotrop mit Druminimierung (elten) Wahl der Kolonnen Drue Beipiel: Ethanol / Waer und Aeotonitrie / Waer K1 K2 Q K 1 K2 Q X X K 2 AZ2 HO, 2 EOH F X 1 X X X K F 1 2 AZ1 P1 H 1 P2 Q Q H2 mit P 1 < P2 B X 1 B X 2 HOEOH EOH H O 2 2 y p 1 =ont K1 y p 2 =ont K2 X B 1 X F 1 X K 1 X H2O 1 x X K 2 X F 2 x X B 1 X EOH

38 TVT Sript III Heteroazeotrop Retifiation Gemihe mit Mihunglüe, d.h. maximal drei Phaen (VLLE) Beipiele: Butanol / Waer, Anilin / Waer und Furfural / Waer Q K LS SS A, B F X 1 K1 K2 L X 1 L X 2 Phaentrennbehälter P 1 = P2 P1 H 1 P2 Q Q H2 BA AB y AZ X L 1 X B 1 X L 2 x X B 2 X A

39 TVT Sript III Extrativ - Retifiation Trennung azeotroper Gemihe unter Zugabe eine hwerflühtigen Hilftoffe (Shleppmittel). Siedepunt diee Hilftoffe oll weentlih höher liegen al die Siedepunte der Gemihomponenten und oll mit einer der beiden Komponenten ein Azeotrop bilden. Hilftoff bindet eine Komponente eletiv an ih. Azeotrop verhwinden Beipiele: Benzol Cylohexan / Anilin, Salzäure Waer / Shwefeläure, Salpeteräure Waer / Shwefeläure, Butadien Buten / NNP Anilin Benzol, Cylohexan QK1 K1 K2 Benzol QK2 Rüführung Cylohexan QH1 QH2 Cylohexan + Anilin Anilin Hilftoff wird im Kreilauf geäuert. Nur Verlute müen eretzt werden. y mit Hilftoff ohne Hilftoff x

40 TVT Sript III Azeotrop Retifiation Zugabe eine Hilftoffe der da binäre Azeotrop ohne Mihunglüe in ein ternäre mit Mihunglüe umwandelt. Da neugebildete Azeotrop it ein tiefiedende Azeotrop und die Siedetemperatur de Hilftoffe oll ih aum von denen der Gemihomponenten unterheiden. Beipiele: Ethanol Waer / Benzol, Ethanol Waer / Trihlorethylen, Aeton Methanol / Methylenhlorid binäre Azeotrop max. ternäre Azeotrop Q K12 Q K3 HO, 2 EOH In azeotrope Zuammenetzung K1 E-59 K2 hilf- Stoffarme hilftoffreihe Phae (Benzol) Phae K 3 QH1 QH2 Q H3 EOH binäre Gemih HO, 2 EOH unterhalb de Azeotrope HO