Расчёт минимального флегмового числа

Расчёт R_min. Величина отрезка В = х_р/(R+1) зависит от R. С изменением R рабочая линия занимает положения в интервале DE. Выше точки D рабочая линия проходить не может, так как движущая сила становится отрицательной(y* - y <0), что не имеет физического смысла. В точке D движущая сила равна 0. Рабочая линия отсекает отрезок B_max = y_p/(R_min+1). С увеличением R → ∞ отрезок В → 0 и точка пересечения рабочих линий Е лежит на диагонали диаграммы. Число флегмы, при котором работает реальный аппарат R_min < R_g < R_max = ∞. Найдём R_min. Из точки D проведём горизонтальную линию.

. Из уравнения рабочей линии:

Расчет действительного числа флегмы

На практике процесс ректификации должен производится при R>Rmin. Определение Rоптим. – сложная задача; R в конечном счете определяет размеры аппарата и расход теплоносителей.

От R , следовательно, зависят эксплуатационные и капитальные затраты. Эксплуатационные затраты возрастают прямопропорционально R. Капитальные затраты являются более сложной зависимостью от R( имеют min при некотором R). Суммарные затраты также имеют min, который соответсвует оптимальному числу флегмы (R оптим).

Поскольку технико-экономический расчет Rопт. довольно сложен, на практике при расчетах задаются коэффициентом избытка флегмы.

R_d- действительное число флегмы. Если сведения о β_R отсутствуют, то рекомендуется следующий способ определения Rопт. по min N(R+1)

………….. N(R+1)_min R=R_min

R……………

N……………

Зависимость между числом флегмы, размерами колонны и расходом теплоносителя

Рассмотрим 2 предельных случая:

1) а) рабочие линии в данном случае совпадают с диагональю диаграммы

б) движущая сила Δу является max,

в) число теоретических тарелок .

Поскольку Н~n действит.~n теорет., которые определяются построением ступеней, то при , Н – наименьшее. Когда Р=0, т .е. нет отбора дистиллята, колонна работает сама на себя, Этот режим не применяется в производственных условиях. С увеличением R увеличивается и количество жидкости, которое испаряется в кипятильнике, т.е. увеличивается расход греющего пара. Таким образом

2) R=Rmin . Рабочая линия пересекается с линией равновесия. В точке пересечения Δу=0, Н~ ~ . Т.е. при Rmin разделение возможно в колонне бесконечно большой высоты. Расход пара ~R, поэтому в данном случае расход теплоносителя будет min. ~

Тепловой баланс ректификационной колонны

Для колонны непрерывного действия:

Приход тепла:

1)с теплоносителем в кипятильнике Q_кип

2) с исходной смесью

3) с флегмой

Расход тепла:

1)с парами в дефлегматоре Q_G=GJ, J- энтальпия паров из колонны

2)с остатком энтальпия остатка.

3) потери в окружающую среду.

Тогда уравнение теплового баланса:

, подставим F=P+W; Ф=RP, G=P(R+1), получим , из этого уравнения можно найти тепловую нагрузку на кипятильник _.

Количество тепла отнимаемого в дефлегматоре при полной конденсации паров . При конденсации паров, соответствующих количеству флегмы

Ректификация многокомпонентных смесей

Задача разделения многокомпонентных смесей на практике встречается гораздо чаще, чем бинарных. Можно сказать, что это основной процесс ректификации в производстве. В отличие от бинарных систем, которые имеют 2 степени свободы, многокомпонентная система имеет число степеней свободы = числу компонентов системы. Отсюда сложность анализа и расчета ректификации многокомпонентной системы. Рассмотрим принципиальные схемы ректификации многокомпонентных смесей.

Пусть смесь состоит из компонентов A,B,C. .

1-ая схема: Компонент А выделяется в виде дистиллята, смесь ВС поступает на разделение во вторую колонну; компонент В как более низкокипящий выделяется в виде дистиллята; С- в остаток.

2-я схема: В 1-й колонне компонент С, как более высококипящий выделяется в остаток. Смесь АВ выделяется в виде дистиллята; после конденсации поступает на разделение во вторую колонну, где разделяется на дистиллят –А и остаток В. Вывод:

При многокомпонентной ректификации усложняется аппаратное оформление. Многокомпонентную смесь нельзя разделить в одной колонне. Для разделения n- компонентов смеси потребуется (n-1) колонна.

Существует множество приближенных методов расчета многокомпонентной ректификации. В настоящее время в связи с развитием ЭВМ приближенные методы утрачивают свое значение, однако постановка задачи в ее традиционной форме, которая заключается в попытке совместного решения уравнений материального и энергетического баланса, уравнений фазового равновесия и кинетики массообмена с учетом структуры потоков в аппарате требует огромных затрат машинного времени. В последнее время получили свое развитие методы , основанные на методе сопряженного физического и математического моделирования, которые интенсивно развиваются на кафедре ПАХТ КГТУ.