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Tutorial MenueKompaktkurs RektifikationLerneinheit 6 von 6

Praktikum Rektifikation

Kolonnenparameter

Die Rektifikationsapparatur hat prinzipiell folgenden Aufbau:

  1. Kolonne mit Böden, Füllkörpern oder Packung
  2. Kopfkondensator mit Vorrichtung zur Kopfproduktentnahme
  3. Verdampfer mit Vorrichtung zur Sumpfproduktentnahme
  4. Zulaufvorrichtung für das Ausgangsgemisch
Abb.1

D = Kopfproduktstrom

Z = Zulaufstrom

B = Sumpfproduktstrom

G , G A = Dampfströme

L , L A = Flüssigkeitsströme

x D = Komponentenanteil (Kopf)

x B = Komponentenanteil (Sumpf)

x Z = Komponentenanteil (Zulauf)

v v = Rücklaufverhältnis

q = Kalorischer Faktor

Theoretische und praktische Trennstufen

Im stationären Zustand besteht auf einem theoretischen Boden jeweils ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen aufsteigendem Dampf und abfließender Flüssigkeit. Eine Kolonne wird nach der Anzahl ihrer theoretischen Böden (auch als Trennstufenzahl bezeichnet) beurteilt. Die Anzahl der theoretischen Böden muss für eine vorgegebene Kolonne und für ein konkretes Gemisch mit bekanntem Gleichgewichtsdiagramm in einem Rektifikationsversuch experimentell ermittelt werden. Bei der Auswertung des Versuches ergeben sich für Bodenkolonnen und Füllkörperkolonnen folgende Zusammenhänge:

Bodenkolonnen:

Anzahl der praktischen Böden (n) = Anzahl der theoretischen Böden (nth) / mittleres Verstärkungsverhältnis (sm)

Das mittlere Verstärkungsverhältnis (auch als Austauschverhältnis oder Bodennutzungsgrad bezeichnet) stellt praktisch den Wirkungsgrad eines Bodens dar. Es gilt: sm < 1. Die Werte sm und nth stellen keine Konstanten dar, da sie von mehreren variablen Einflussgrößen abhängig sind. Bei diesen Einfussgrößen handelt es sich um die Konstruktion, den Abstand der Böden und die Betriebsbedingungen der Kolonne. In die Betriebsbedingungen gehen wiederum folgende Parameter ein: Belastung der Kolonne, Betriebsdruck, Rücklaufverhältnis sowie die Art der Zusammensetzung des Blasengemisches.

Füllkörperkolonnen:

Höhe der Füllkörperschüttung (h) = Anzahl der theoretischen Böden (nth) · HETP-Wert (height equiv. of theo. plate)

Der HETP-Wert (height equivalent of a theoretical plate) hängt insbesondere von der Art und Größe der Füllkörper ab. Effektive Füllkörper (z.B. Wendeln) ergeben kleine HETP-Werte und damit auch kleine Schüttungshöhen.

Im kontinuierlichen Betrieb von Rektifikationskolonnen können sich 3 stationäre Zustände einstellen:

Tab.1
Stationäre Zustände
KopfSumpfZulauf
Zustand 1Gleichgewicht bei unendlichem Rücklaufverhältnis im Kopf und Verdampfer (entnahmeloser Zustand) D · =0 B · =0 Z · =0
Zustand 2Konstante Gemisch-Zusammensetzung im Verdampfer (xB) und konstante Entnahme von Produkt mit xD (endliches Rücklaufverhältnis). Das Destillat wird direkt in die Blase zurückgeführt. Der Zustand 2 wird nur zur Ermittlung von Kolonnenparametern benutzt! D · 0 B · =0 Z · =0
Zustand 3Gleichgewicht bei endlichem Rücklaufverhältnis. Entnahme von Kopf- und Sumpfprodukt (xD , xB ) und Einspeisung eines Zulaufs mit xZ . D · 0 B · 0 Z · 0
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