Матеріальний і тепловий баланс процесу ректифікації

При ректифікації вихідна рідка суміш поділяється на дві частини: частина, збагачена НК (дистилят), і частина, збідніла на НК (залишок).

Безперервна ректифікація проводиться у ректифікаційних колонах, що складаються з двох ступенів (рис.1). Вихідна суміш вводиться в верхню частину нижньої ступені (вичерпна колона 2). Тут вихідна рідка суміш взаємодіє в протитоці з парою, початковий склад якої аналогічний складу залишка; в результаті відбувається вичерпання суміші, тобто вилучення з неї НК і збагачення ії ВК. В верхній ступені (укріпляючи колона) пара, що поступає з нижньої ступені, взаємодіє в протитоці з рідиною, початковий склад якої аналогічний складу дистиляту, в результаті відбувається укріплення пари, тобто збагачення неї на НК.

Пара для живлення ректифікаційного апарату утворюється в кубі 3 шляхом випаровування частини рідини, яка поступає в куб; рідина для зрошення апарату (флегма) утворюється в дефлегматорі 4 шляхом конденсації частини пари, яка має склад, аналогічний складу дистиляту. Тепло, необхідне для випаровування суміші, повідомляється їй в кубі. В дефлегматорі відбувається відведення тепла, внаслідок чого пари, які до нього поступають, повністю або частково конденсуються. Дистилят відводиться з дефлегматору в рідкому або пароподібному стані. Залишок відводиться з кубу у вигляді рідини.

Матеріальний баланс

Визначимо через F кількість суміші, що поступає на ректифікацію (в кмоль/сек.), через P – кількість отриманого дистиляту (в кмоль/ сек.), через W – кількість залишку (в кмоль/ сек.) і через Х_F, Х_P і Х_W – склади суміші, дистиляту і залишку (в мол. долях НК).

Тоді рівняння матеріального балансу для усієї кількості суміші виглядає так:

F = P + W

і рівняння матеріального балансу для НК:

Відношення кількості флегми до кількості дистиляту R:

називається флегмовим числом.

Якщо визначити через у₁ та у₂ молярні долі НК в парах на вході в колону і на виході з неї, через х₂ та х₁ молярні долі НК в рідині на вході в колону та на виході з неї, х – склад рідини, то склад пари у будь-якому перерізі колони дорівнює:

Тепловий баланс

Складемо рівняння теплового балансу ректифікаційної колони,

де Q – кількість тепла, що підводиться до кубу, Дж

W, Ф – кількість залишку та флегми, кмоль/ сек.;

G – кількість парів, що виходять з апарату, кмоль/ сек.;

І – ентальпія парів, Дж/ кмоль;

i_F, i_W, i_Ф – ентальпія суміші, залишку та флегми, Дж/ кмоль.

Рівняння теплового балансу процесу ректифікації виглядає так:

Контрольні запитання

1. Що називають ректифікацією?

2. Як виглядає звичайна перегонка?

3. Що називають залишком, флегмою, дистилятом?

4. З якою метою застосовують процес ректифікація?

5. Які розрізняють типи подвійних сумішей?

6. Надайте схему матеріального балансу ректифікаційної колони.

7. Як проходить процес ректифікація?

8. Як виглядає рівняння матеріального балансу для усієї кількості суміші та для НК?

9. Що таке флегмове число?

10. Звідки поступає та куди витрачається тепло при проведення процесу ректифікації?

11. Які складові рівняння теплового балансу ректифікатору?