71. Схема ректификационной установки

1 – ёмкость для исходной смеси; 2 – подогреватель; 3 – колонна; 4 – кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – делитель флегмы; 7 – холодильник; 8 – сборник дистиллята; 9 – сборник кубового остатка.

72. Материальный баланс ректификационной установки.

Пусть согласно схеме непрерывной ректификационной установки в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой мольных долей низкокипящего компонента. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята D кмоль, его состав мольных долей низкокипящего компонента. На орошение колонны возвращается флегма. В количестве Ф кмоль, её состав равен составу дистиллята ( > ). Снизу удаляется W кмоль остатка состава мольных долей низкокипящего компонента.

Тогда уравнение материального баланса колонны будет

F + Ф = G + W

Поскольку

G = D + Ф ,

то

F = D + W

Соответственно, материальный баланс по низкокипящему компоненту:

F* = D* + W*

73. Построение рабочих линий.

Для получения уравнения рабочих линий используем общее для всех массообменных процессов уравнения:

(1.5.)

Где L – расход жидкой фазы кг/сек; G-расход газовой фазы кг/сек; - текущая концентрация в жидкой фазе распределяемого компонента, – начальная концентрация в газовой фазе распределяемого компонента, - конечная концентрация распределяемого компонента в жидкой фазе.

Уравнение может быть представлено также в ином виде, если воспользоваться материальным балансом по распределяемому компоненту:

(1.6.)

Откуда следует, что

(1.7)

Делаем подстановку в уравнение и получаем:

(1.8)

Укрепляющая часть колонны. Количество жидкости (флегмы), Стекающей по этой части колонны:

L=Ф=D*R (1.9)

где R=Ф/D – флегмовое число, представляющее собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята.

Количество паров, поднимающихся по колонне:

G = D + Ф = D + D*R = D*(R + 1) (1.10)

Для верхнего конца укрепляющей колонны состав паров и, согласно принятому выше допущению, . Следовательно, в данном случае .

В том же сечении колонны состав жидкости (флегмы), поступающей из дефлегматора, , т.е. .

Подставляя значение L, G, и в уравнение (1.8) получим:

(1.11)

откуда

(1.12)

Зависимость (1.12) является уравнением рабочей линии укрепляющей части колонны. В этом уравнении тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а – отрезок, осекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы y-x (рис. 1.3)

Исчерпывающая часть колонны

Количество орошаемой жидкости L` в этой части колонны больше количества флегмы Ф, стекающей по укрепляющей части на количество исходной смеси, поступающей на питающую тарелку. Если обозначить количество питания через , то и количество жидкости, стекающей по исчерпывающей части колоны, составит:

(1.13)

Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней (укрепляющей) её части. Следовательно:

(1.14)

Для нижней части колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) и, согласно допущению состав поступающего сюда из кипятильника пара . Подставим значения L`, G`, и в уравнение, получим:

(1.15)

После приведения к общему знаменателю и сокращению подобных членов находим:

( 1.16)

Зависимость (1.16) представляет собой уравнение рабочей линии и исчерпывающей части колонны. В этом уравнении - тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а – отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси абсцисс.

Построение рабочих линий ректификационной колонны на y-x диаграмме.