Периодически действующие установки.

Они используются в производствах небольшого масштаба. Смесь в кубе нагревают до кипения. Ее пары поднимаются вверх, обогащаясь НК. Флегма течет сверху вниз. По температуре кипения определяется заданный состав остатка куба. В этом случае куб играет роль исчерпывающей части колонны.

Рис. 5.37. Схема ректификационной установки периодического действия.

5.3.4.1. Материальный баланс непрерывной ректификации бинарных смесей.

Известно два основных метода анализа работы и расчета ректификационных колон9н: графический и аналитический

Графический метод.

Введем основные допущения:

• Молярные теплоты испарения или конденсации компонентов при одной и той же температуре приблизительно одинаковы. Отсюда следует, что при конденсации 1кмоль ВК в колонне испаряется 1кмоль НК, т.е. количество паров (в кмолях), поднимающихся по колонне постоянно;

• При испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения ее состава9. Следовательно, состав пара, образующегося в кипятильнике, соответствует составу кубового остатка: y_W=x_W;

• Теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны нулю;

Кроме того, смесь, подлежащая разделению, поступает в колонну нагретая до температуры кипения на питающей тарелке.

Рис.5.38 Схемы потоков ректификационной колонны.

F, x_F - поток (кмоль/с) и концентрация (молярные доли) НК в исходной смеси;

P, x_P-поток и концентрация НК дистиллята;

W, x_W - поток и концентрация НК кубового остатка;

Ф, х_Ф - поток и концентрация НК флегмы;

G - количество пара (кмоль/с), выходящего из колонны;

Материальный баланс всей колонны:

(5.116)

но , тогда получим

(5.117)

Материальный баланс по нк:

(5.118)

Уравнения рабочих линий.

Поскольку условия работы укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колоны различны, поэтому материальный баланс для них рассмотрим отдельно.

Укрепляющая часть. Возьмем сечение А-А и составим материальный баланс по НК для верха этой части колонны:

(5.119)

Здесь

(5.120)

R-флегмовое число

Кол-во поднимающихся паров по колонне:

(5.121)

По (5.119) находим y:

(5.122)

По условию y_Р=x_Р, изменяя L получим:

(5.123)

Окончательно:

(5.124)

A-тангенс угла наклона α раб линии к оси

абсцисс

B-отрезок, отсекаемой раб линией на оси ординат.

Рис.5.39 Рабочая линия верхней

части ректификационной колонны.

Исчерпывающая часть. Рассмотрим материальный баланс для низа исчерпывающей части колонны - ниже произвольного сечения В-В, где текущие концентрации НК в фазах x и y (рис. 5.38):

(5.125)

Здесь ,

, , f>1

Находим y (y_W=x_W)

(5.126) и (5.127)

При х=х_W, у=у_W=x_W, т.е. рабочая линия исчерпывающей части колонны проходит через точку, лежащей на диагонали с абсциссой х_W.

Положение точек a и c определены, они лежат на диагонали. Точка в пересечении линий аВ и сВ₁. Положение точки b соответствует x_F, т.е. соответствует сечению, на уровне которого подают питание в колонну.

Для определения числа теоретических ступеней изменения концентрации между рабочей и равновесной линиями строят ступень в интервале концентраций x_P-x_W. При ректификации рабочую линию располагают ниже линии равновесия.

Если флегмовое число не задано, как найти ее опт. значение?

.

Рис. 5.40 Определение R

Рис. Определение R_опт.

Если B_max, то R_min, так как х_р = const. В точке движущая сила = 0. В точка должна быть. A=A₁ и B=B₁, что возможно только при . R_min. можно найти расчетным путем. От R зависит размеры аппарата и расход теплоносителей. Следовательно капитальные и эксплуатационные затраты. Эксплуатационные затраты (расход теплоносителей) возрастают прямо пропорционально R. С увеличением R возрастает движущая сила процесса и уменьшается необходимое число теоретических ступеней. При некотором R рабочий объем колонны станет минимальным, минимальным будет стоимость колонны. Нати R_опт достаточно сложно, поэтому выбор дествительного R_d, произ0водят приближенно:

.