Separasjon oppsummering TEP 4230 Energi og Prosessteknikk Rune Hoggen 1

Bruksområder Inndampere Kan også være vanndampen som er interessant Fjerner damp fra en væske slik at konsentrasjonen øker Sukker Salt Glyserol Lim Melk Appelsinjuice Kan også være vanndampen som er interessant Avsalting av sjøvann Rune Hoggen 2

Forskjellige fordampere Horisontale rør, naturlig sirkulasjon Varme tilføres ved kondesering av damp Anordning for å hidre dråper Brukes for væsker: med lav viskositet god varmeoverføring Som ikke legger igjen skitt på rørene, denne er vanskelig å vaske Rune Hoggen 3

Forskjellige fordampere Vertikale rør, naturlig sirkulasjon Varme tilføres ved kondesering av damp Væsken går i rør, mens dampen kondenserer rundt rørene Væske som damper av stiger naturlig langs kantene, væske med høyere konsentrasjon renner nedover i midten Brukes i produksjon av salt, sukker og kaustisk soda Rune Hoggen 4

Forskjellige fordampere Vertikale rør, tvungen sirkulasjon Ei pumpe brukes for øke hastighet og varmeovergang inni rørene. Kan brukes til væsker med høy viskositet Alternativ til pumpe er å bruke noen finner langs rørene som bryter opp filmen og sørger for turbulens i strømningen. Dermed vil varmeovergangen øke. Egner seg også for væsker med høy viskositet som samtidig er sensitive for høy temperatur. Gammel type: Soldrevet kjele for saltproduksjon Neste gang: Flere trinn! Beregningseksempel Rune Hoggen 5

Varme og masseballanse Total materialballanse: F = V + L Material ballanse for fast stoff: FxF = LxL Forklar strømmer inn og ut, med parametre Rune Hoggen 6

Varme og masseballanse Varmeballanse: Varme inn = varme ut FhF + SHS = LhL + VHV + SHS Setter inn fordampingsvarmen: FhF + Sl = LhL + VHV Fordampingsvarme finnes i tabeller Problem: Finne entalpier i føde og konsentrat Varmekapasiteter hvis disse er kjent Eksempel 8.4-1 Pause Rune Hoggen 7

Forward feed multi effect evaporator Single effekt fordamper kaster damp ut i lufta Her benyttes dampen fra fordamperen til å fordampe vann i neste trinn Med føde nære kokepunktet i første trinn: 1 kg damp fordamper 1 kg vann Med tre trinn vil 1 kg damp kunne fordampe 3 kg vann (osv for enda flere trinn) Føde/produkt-strømmen går samme vei som dampen, brukes hvis: Føden er varm??? Produktet er sensitivt til høye temperaturer Temperaturen på dampen inn i første fordamper må være høyere enn T1. Videre må T1 være høyere enn T2. For å få vann til å koke av i den andre fordamperen må koketemperaturen i den andre fordamperen være lavere enn den første! Hvordan? Lavere trykk Hvis atmosfærisk trykk i første fordamper: Vakum i siste Rune Hoggen 8

Steg for steg beregning av multi effekt fordamper Finn kokepunktet i siste trinn. Beregn mengden avdamp (V) totalt. Anta at mengden avdamp er lik på hvert trinn. Beregn også konsentrasjonene i hvert trinn. Beregn temperaturdifferansenen i hvert trinn. Ta hensyn til kokepunktsforhøyelse om nødvendig. Finn kokepunktene. Beregn avdamp- og væskestrømmer på hvert trinn. Hvis svarene ikke stemmer med de i punkt 2, gå tilbake dit og fortsett med de nye verdiene. Rune Hoggen 9

Steg for steg beregning av multi effekt fordamper Beregn overført varme i hvert trinn. Beregn så arealet for hvert enkelt trinn og sammenlign med gjennomsnittet. Hvis de er ganske like (10%) kan du stoppe her, hvis ikke... Iterasjon 2 startes med verdier for damp- og væskestrømmer fra punkt 4. Beregn nye konsentrasjoner i hvert trinn. Beregn nye verdier for temperaturdifferansene ved hjelp av følgende formler: Usikkert hvordan ligningen kommer fram, men kan vise at den stemmer Rune Hoggen 10

Steg for steg beregning av multi effekt fordamper Summen av de nye temperaturdifferansene må være lik den originale totalsummen, hvis ikke justeres de proporsjonalt til dette stemmer. Ta eventuelt hensyn til kokepunktsforhøyelse Ved hjelp av nye temperaturdifferanser, gå til punkt 4. To iterasjoner er vanligvis nok! Rune Hoggen 11

Destillasjon Separere komponenter i en væske Komponentene har ulikt kokepunkt Alle komponenter er i begge faser I motsetning til inndamping der det kun er væske i gassfasen Flash-separasjon Kolonne Før skulle konsentrasjonen økes av et/flere stoffer i en vandig løsning Nå skal to komponenter med ulikt kokepunkt skilles Rune Hoggen 12

Kokepunktsdiagram Viser kokepunktet til en blanding. En blanding i væske-fase med gitt sammensetning varmes opp. Den begynner å koke når den treffer koke-punktslinja. Kan lese av temperaturen og sammensetningen til dampen ved dugg-punktslinja. Diagrammet er for en gitt blanding og et gitt trykk Dampen vil få molfraksjon yA når væska har molfraksjon xA Rune Hoggen 13

xy-diagram Viser sammenhengen mellom x og y. Ved en gitt verdi for x i væskefasen vil det være en gitt verdi for y i gassfasen ved likevekt. Kurven går over diagonalen og gjelder derfor for den flyktigste komponenten i blandingen Diagrammet er for en gitt blanding og et gitt trykk og temperatur Eksempel 11.2.-1. Rune Hoggen 14

Destillasjonsmetoder To hovedmetoder Ett trinn, ingen retur Væsken kokes Dampen taes ut og kondenseres Et likevektstrinn Flere trinn, med retur Væsken kokes i en kolonne Dampen taes ut på toppen og kondenseres Noe returneres i kolonna og møter dampen som er på vei opp Mange trinn, men ikke likevekt på hvert trinn Væske inn på en koker, damp separeres ut og kondenseres Likevekt i ett trinn Flere trinn for større nøyaktighet. Kan separere flere komponenter i samme kolonne, med kokepunkt nærmere hverandre Rune Hoggen 15

Destillasjonsmetoder Likevekt/flash Likevekt mellom væske og damp Kontinuerlig eller satsvis Væska varmes opp slik at de flyktigste komponentene fordamper Separeres i separatoren Kontinuerlig, renner igjennom en utstyret, konstant strøm Satsvis, kokeren fylles opp, damp trekkes ut, væska i kokeren helles ut, ny væske kommer inn Rune Hoggen 16

Destillasjonsmetoder Damp destillasjon Brukes for å fjerne urenheter fra væskeblandinger der komponenetene ikke løser seg i vann. F.eks. organisk materiale Kokepunktet i blandingen blir lavere enn kokepunktet for hver av stoffene Brukes spesielt for komponenter som har høye kokepunkt, men som blir ødelagt av så høy temperatur Lavere kokepunkt fordi: Damptrykket blir summen av damptrykkene for de to komponentene, som om de var alene Når komponentene ikke er blandbare er de i hver sin fase, selv om de begge er i væskefase! Når damptrykket blir høyere enn omgivelsestrykket begynner væska å koke Eksempel, blanding av Benzen i vann ved 1 atm Tvann = 100 Tbenzen = 80,1 Tblanding = 69 (ved 69 grader blir summen av damptrykkene til de to komponentene høyere enn 1 atm) Rune Hoggen 17

Destillasjonsmetoder Enkel batch Foregår satsvis Væske kommer inn i en koker, damp fjernes og kondenseres Dampens konsentrasjon av flyktigste komponent synker med tiden Vis utledningen og eksempelet på tavla Rune Hoggen 18

Destillasjonsmetoder Rune Hoggen 19

Destillasjonsmetoder Føde inn i form av væske eller damp Platene gir god kontakt Gass som forlater et trinn er i likevekt (ideelt) med væska som forlater trinnet Konsentrasjonene til væske og gass ligger derfor på likevektslinja Forsterker Delen over fødepunktet Her blir konsentrasjonen av flyktigste komponent større Avdriver Delen under fødepunktet Mesteparten av den flyktigste komponenten blir revet av fra væska Kondensator Dampen kondenseres, og noe ledes tilbake i kolonna Øker renheten til produktet Koker En strøm taes ut av bunnproduktet og kokes opp Reduserer tapet av flyktigste komponent Vi skal etterhvert finne ut hvor mange trinn som kreves, og på hvilket trinn føden skal inn Rune Hoggen 20

McCabe-Thiele Beregner antall trinn N = 6 Føden: 3 Rune Hoggen 21 Overgang mellom forsterker og avriver, vertikalt for kryssningspunktet Rune Hoggen 21

Rune Hoggen 22