2.3 Фазовое равновесие в идеальной бинарной смеси

Когда силы взаимодействия между одинаковыми (ЛЛК-ЛЛК, ТЛК-ТЛК) и разными (ЛЛК-ТЛК) молекулами различаются незначительно, то коэффициенты активности близки к единице. Для данного случая из равенства (1а) с учетом условия (х₁ + х₂=1) получают уравнение фазового равновесия Фенске

(2а)

Чем больше величина относительной летучести , тем легче разделить бинарную смесь ректификацией.

2.4 Диаграммы фазового равновесия р-х, t-х-у, у-х для идеальной бинарной смеси и взаимосвязь между ними

Общее давление паров над идеальной бинарной смесью летучих веществ при фиксированной температуре линейно возрастает с увеличением доли ЛЛК в жидкости:

. (2б)

При кипении смеси летучих веществ паровая фаза обогащается ЛЛК. При конденсации паровой смеси в жидкую фазу преимущественно переходит ТЛК.

Рисунок 1 – Р-х диаграмма	t-х-y диаграмма	у - х диаграмма

2.5 t-х-y диаграммы фазового равновесия азеотропных смесей

Положительное отклонение от закона Рауля. Силы ЛЛК-ТЛК меньше сил ЛЛК-ЛЛК и ТЛК-ТЛК.	Отрицательное отклонение от закона Рауля. Силы ЛЛК-ТЛК больше сил ЛЛК-ЛЛК и ТЛК-ТЛК.	Т-х-y диаграмма для ограниченно растворимых веществ.
Рисунок 2 – t-х-y диаграммы азеотропных бинарных смесей. Нижняя линия – линия начала кипения при увеличении температуры, верхняя линия – линия начала конденсации при понижении температуры. Горизонтальные линии связывают равновесные составы жидкости и пара.

2.6 Схема полной ректификационной установки и ее работа

Из испарителя 3 в нижнюю часть колонны 2 поступают пары кубовой жидкости, а в верхнюю часть колонны 2 из конденсатора 4 поступает поток флегмы L. При их контакте из паровой фазы в жидкую преимущественно переходит ТЛК, а из жидкой фазы в паровую – ЛЛК, в результате питание F разделяется на обогащенный ЛЛК дистиллят D и кубовый остаток W, обогащенный ТЛК. Рисунок 3 – Схема ректификационной установки непрерывного действия: 1 – укрепляющая часть колонны, 2 – отгонная часть колонны, 3 – испаритель (рибойлер), 4 – конденсатор (дефлегматор), 5 - подогреватель питания.

2.7 Материальный баланс процесса ректификации

Уравнения материального баланса

(3а)

При заданных величинах количества и состава потока питания, требований к составу дистиллята и кубовой жидкости из уравнений (3а) получают

(3б)

Материальный баланс для верхней части колоны до произвольного сечения

. (3в)

Поскольку , из равенства (3в) вытекает

. (3г)

В конденсаторе 4 пары полностью конденсируются, , поэтому уравнение рабочей линии процесса в верхней части колонны записывается

. (3д)

2.8 Тепловой баланс процесса ректификации

Приход тепла в испаритель 3, в подогреватель 5 и с потоком сырья

. (4а)

Расход тепла из конденсатора 4, с кубовым остатком, дистиллятом и потери

. (4б)

Расход тепла на проведение процесса ректификации составляет

. (4в)

Основной расход тепла связан с созданием парового потока в испарителе 3, который вычисляют по уравнению

, (4г)

где - удельная теплота парообразования для потока дистиллята.