Последовательность выполнения расчета тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия

При непрерывной ректификации (рисунок 1) разделяемая смесь [питание (G_F)] непрерывно подается в среднюю часть колонны; дистиллят, или ректификат (верхний продукт) (G_D) отбирается из дефлегматора, а обедненный легколетучим компонентом остаток (нижний продукт) (G_W) отводится из куба колонны. Флегма (G_R) поступает на орошение (для взаимодействия с поднимающимися по колонне парами) в верхнюю часть ректификационного аппарата.

Материальный баланс для всей установки имеет вид:

G_Fx_F  G_Dx_D  G_Wx_W,

где	GF, GD, GW –	молярные (или массовые) расходы питания, дистиллята и кубового остатка, кмоль/с (кг/с);
xF, xD, xW –		молярные [или массовые: ωF, ωD, ωW] доли легколетучего компонента в разделяемой смеси, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Приступая к расчету ректификационной колонны, необходи­мо располагать данными о равновесии жидкость—пар разделяемой системы при различных составах жидкости и пара и разных температурах. Эти данные должны относиться к внешнему давлению, при котором будет работать ректификационная колонна.

В таблице 2 в виде цифрового табличного материала представлены необходимые для расчета колонны равновесные составы жидкости и пара для бинарной системы, состоящей из компонентов A и B, на основании которых необходимо построить диаграммы в координатах t–x, y* (рисунок 3) и y*–x (рисунок 4).

Внешний вид типичной равновесной диаграммы для бинарной системы, состоящей из компонентов A и B, где B – жидкость с более низкой температурой кипения (легколетучий компонент), показан на рисунке 3. Такой вид указанной диаграммы характерен для любых бинарных систем при условии, что в них не образуется азеотропная (нераздельнокипящая) смесь, т.е. жидкая смесь, которая при данном давлении не разделяется на компоненты путем перегонки.

1 – составы жидкости; 2 – составы пара

Рисунок 3 — Диаграмма равновесного состояния бинарной смеси при различных температурах и P = const

При отсутствии экспериментальных данных о фазовом равновесии для некоторых систем, близких по своему поведению к идеальным (смеси изомеров, гомологов), можно использовать равновесные зависимости, полученные расчетным путем на основании закона Рауля.

Диаграммы равновесных зависимостей (рисунки 3 и 4) используются в дальнейших расчетах при составлении материального баланса и теплового расчета ректификационной установки (для определения составов пара, равновесного с жидкостью, сред­них температур пара и температур кипения жидкости в различных частях аппарата), а также для построений, необходимых для расчета числа тарелок колонны.

Рисунок 4 — Диаграмма, выражающая взаимосвязь равновесных составов жидкости и пара в бинарной системе при P = const

1 Составление материального баланса колонны

1.1 Определение массовых расходов дистиллята и кубового остатка

Пусть G_D и G_W – расходы дистиллята и кубового остатка (в кг/ч) соответственно. Тогда общий материальный баланс колонны можно представить в виде:

G_F  G_D  G_W.

Материальный баланс по легколетучему компоненту (В):

G_Fω_F  G_Dω_D  G_Wω_W,

где ω_F, ω_D, ω_W – массовые доли компонента B в жидкости питания, дистилляте и кубовом остатке соответственно.

Поскольку G_F, ω_F, ω_D и ω_W известны (таблица 1), то путем совместного решения двух вышеприведенных уравнений можно рассчитать величины расходов G_D и G_W.

При помощи уравнений материального баланса решаются все задачи, связанные с определением количеств и состава веществ, участвующих в процессе ректификации.