21 1. Distillation
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인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
(1) Continuous steady-state distillation process
(flash distillation)
(2) Design and performance of sieve-tray distillation column
(rectification)
(3) Batch distillation
Chap. 21 Distillation
- Flash distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation공급원료는 pump 로부터 heater 를 지나고 valve 에 의해서 감압된다 . 증기와 액체의 혼합물은 vapor separator 로 들어가서 충분한 시간 동안 머문 후 증기와 액체로 나누어 진다 .
Basis: 1 mole of a binary mixture
mole fraction of a low boiler (more volatile)
f = mole fraction of the feed as vapor
1-f = mole fraction of the feed as liquid
mole fraction of vapor of a low boiler
mole fraction of liquid of a low boiler인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Material balance
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
EL 과 OL 의 교점
Vapor separator 에서 material balance 를 만족하면서 평형에 도달하는 point
the chart
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
System : benzene (b.p: 80.1 oC), toluene (b.p: 110.6 oC)
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
① f 의 결정
②
③ 의 교점
④ ②, ③ 에서 의 reading from EL
⑤ 로부터 temperature reading
from boiling-point diagram
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
System : Benzene 80.1 oC, toluene 110.6 oC, (0.5, 0.5)
At
f 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0slope ∞ -4.00 -1.50 -0.67 -0.25 0
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Temperature
y
x
T
0 1
Chap. 21 DistillationContinuous distillation with reflux (rectification)
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Continuous distillation with reflux
Equilibrium stage
평형이라는 것은 물질전달에 대한 평형 뿐만 아니라
열적평형 이 되어야 함을 알 수 있다 .
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
- A 의 일부는 액체로부터 증발 (b.p 가 낮은 A 성분이 먼저
더 많이 증발 ) 되어 액체의 농도가 에서 으로 감소
- B 의 일부는 증기로부터 응축하여 증기의 농도가 에서
으로 증가
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
L phase V phase
뜨거운 증기와 만남 차가운 액체와 만남Boiling point 낮은 A 가
증발 (L→V)
Boiling point 높은 B 가 응축 (V→L)
온도 증가 온도 감소
증가 감소
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Since the liquid streams are at their bubble points and
gas streams at their dew points, the heat necessary to
vaporize component A must be supplied by the heat in
the condensation of component B.
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Material balance
Total MB
F=D+B
Component MB
=
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
n: rectifying section
Condenser : , plate n:
m: stripping section
Reboiler : plate m:
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
OL (1) Rectifying section
(2) Stripping section
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Constant molal overflow
“high boiler 1mole 의 증기가 응축하면서 low boiler 1mole 의
액체를 기화시킬 수 있기 때문에 vapor 와 liquid 의 molal
flow rate 는 거의 일정” ← n, m 무시 → (straight OL), no need
for EB
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Reflux ratio
to be controlled
at a point at the upper end of OL
The OL for the rectifying section intersects the di-
agonal at point
( , ).
인하대 , 화공과
Chap. 21 DistillationCondenserAssumptions - The condenser removes latent heat only. The condensate is liquid at its bubble point
① single total condenser
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
② partial and final condenser
Partial C : for reflux partial condenser; additional
theoretical plate
Final C : for overhead prod-uct 인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Bottom plate and reboiler
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Stripping section 마지막에서
Diagonal point (
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
xB , y r :𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑢𝑚𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Feed plate
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillationq: the moles of liquid flow in the stripping section
from the introduction of one mole of feed
Total flow rate of liquid in the SS
Total flow rate of vapor in the RS
Constant molal overflow
To locate the points where the two OLs intersect
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
at x = xF , y =− q xF + xF
1− q= xF
Chap. 21 Distillation
Construction of OL
① locating the feed line
② calculating the intercept of the rectifying line and
plotting the line with the intercept (
③ draw the stripping line through the point ( and the
intersection of the rectifying line with the feed line
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Feed line slope:
RS: intercept
(
SS: (
인하대 , 화공과x
y
x F0 1
1
( xD , xD )
x D
RD
1+ RD
( xB , xB )superheated
cold
Chap. 21 Distillation
Feed plate location; The feed plate is always represented by
the triangle that has one corner on the rectifying line and one
on the stripping line.
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
in a diagonal line
If total reflux, D→0, →∞
인하대 , 화공과
Minimum number of plates
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
a f b: total reflux
ae, eb: actual operation
at minimum reflux ad, db
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Minimum Reflux,
인하대 , 화공과
Chap. 21 DistillationOptimum reflux ratio
인하대 , 화공과
Chap. 21 Distillation
Reflux ratio ↑ plate no. ↓, fixed cost ↓
manufacturing cost for reboiler and condenser ↑
Optimum reflux ratio
- 1.1~1.5 times the minimum reflux ratio
인하대 , 화공과