13. Конденсационные, отгонные и комбинированные колонны.

14. Определение числа тарелок в ректификационной колонне.

Рассмотрим процессы тепломассообмена, происходящие в верхней части колонны; тарелки, которые имеют лишь по одному колпачку (в реальных колоннах их бывает до 30).

Флегма (жидкая бинарная смесь), параметры которой определяются (т.11) на фазовой диаграмме, имеет концентрацию по летучему компоненту (Х11) и подаётся по патрубку (а) в колонну из дефлегматора. В колонне флегма вступает в тепломассообмен с паром, состояние которого определяется (т.8) – этот пар поступает из последней тарелки. В результате образуется влажный пар или смесь (состояние в (т.С1)). Эта смесь сепарируется на сухой пар (т.10), который уходит в дефлегматор через патрубок (б), а флегма (т.9) опускается вниз по перепускному патрубку на 2-ую сверху тарелку, где вступает в тепломассообмен с паром (состояние в (т.6)). В результате образуется смесь (т.С2). После разделения этой смеси флегма (т.7) и пар (т.8) и т.д.

Т.о. по мере опускания вниз содержание летучего компонента в флегме уменьшается, а пары, поднимающиеся по колонне вверх, вступающие в контакт с флегмой, обогащаются летучим компонентом. В этом и состоит принцип ректификации.

Графоаналитический метод, используемый для определения числа тарелок в ректификационной колонне, предусматривает ряд допущений:

1. Предполагается, что смесь вводится в колонну подогретой до температуры кипения жидкости на тарелке, на которую поступает смесь и за счёт тепла, выделяющегося при конденсации 1-ого моля пара испаряется 1 моль жидкости. При этом количество молей пара поднимающегося по колонне вверх и количество флегмы, стекающей вниз, остаётся постоянным для всех тарелок, изменяется лишь состав пара и флегмы;

2. Принимается, что конденсат в дефлегматоре имеет тот же состав, что и пар, поднимающийся с верхней тарелки колонны;

3. Теплота, необходимая для парообразования подводится к основанию колонны с помощью глухого пара так, что конденсат греющего пара не разжижает жидкости в нижней части колонны.

Для расчёта примем следующие обозначения:

Xn и Xm – молекулярное процентное содержание летучего компонента в жидкости на данной тарелке колонны в верхней части (Xn) и в нижней (Xm) (нумерация тарелок идёт сверху вниз);

Yn и Ym – молекулярное процентное содержание летучего компонента в парах, поднимающегося n-ой тарелки.

Должны быть заданы величины:

XF и Xd – молекулярное процентное содержание летучего компонента в готовом продукте (Xd) и в исходной смеси (XF);

R – число молей флегмы, поступающей в верхнюю часть колонны;

R' – число молей флегмы, поступающей в нижнюю часть колонны;

W – количество кубового остатка в молях, т.е. то что удаляется из колонны;

V – число молей пара, выходящего из последней тарелки колонны.

Все параметры рассчитываются на 1 моль готового продукта.

Для упрощения расчётов необходимо составить схему колонны с указание всех материальных потоков.

Пар в количестве (V) с концентрацией (у2) поступает со 2-ой тарелки на 1-ую. С 1-ой тарелки на 2-ую спускается флегма в количестве R с концентрацией (х).

При определении числа тарелок надо знать флегмавое число R. Если его изменять, то будет меняться положение рабочих линий. Если , отбор дистиллята, т.е. готового продукта не производится и рабочая линия NF совпадёт с диагональю, тогда говорят, что колонна работает сама на себя. Движущая сила процесса, определяемая отрезком будет максимальной.

С уменьшением R – уменьшается движущая сила процесса, а она определяется расстоянием между рабочей линией и равновесной линией. Дальнейшее уменьшение R ведёт к совпадению (т.F) с (т.F). Это положение рабочей линии соответствует минимальному значению R, т.е. обозначается.