16.Уравнение рабочих линий процесса ректификации для непрерывно действующей ректификационной колонны. Минимальное и оптимальное флегмовое число.

Определение рабочих линий процесса ректификации

1-укрепляющая часть

2- кубовая часть колонны (исчерпывающая часть)

Допущения:

1.Мольные теплоты конденсации и испарения веществ одинаковы

ЛЛК(моль) - пар

НЛК(моль) – жидкость

Qисп=Qкон

Мольный расход жидкости и пара по колонне в любом сечении одинаков.

2. Мольная концентрация ЛЛК в дистилляте и в паре, удаляемом

в верхней части колонны равны хр=ур

3. Мольная концентрация ЛЛК в кубовой жидкости равна мольной концентрации ЛЛК в паре, направляемом в нижнюю часть колонны xw=yw.

Материальный баланс ректификации по ЛЛК можно записать как:

Gdy=L(-dx) (ЛЛК из жидкости)

1. G=G_D= Gp(R+1) , L= G_R=Gp·R , (R+1)∫(от у до ур) dy= R∫(от xp до x) (-dx)

(R+1)( у- ур)=R(x- xр), ( у- ур)= R·x/(R+1) – R·xр/(R+1)

y = R·x/(R+1) – (R·xр- R·yр- yр)/(R+1),

y = R·x/(R+1) + xр/(R+1) - рабочая линия

2. Gdy=L(-dx), G=G_D= Gp(R+1) , L= G_R+Gf= Gp·(R+F)

(R+1)∫(от уw до у) dy= (R+F)∫(от x до xw) (-dx),

(R+1)( у- уw) = (R+F)(x- xw), y = (R+F)·x/(R+1) – xw · (R+F)/(R+1)+ уw,

y = (R+F)·x/(R+1) – (R·xw+F·xw -R·уw- уw)/(R+1),

y = (R+F)·x/(R+1) + xw · (1-F)/(R+1) – рабочая линия

y1=A’x+B’

y2=A’’x+B’’

G-количество поднимающегося пара, постоянное во всей колонне. Это количество пара образуется в кубе и опступает в дефлегматор, откуда часть возвращается в колонну в виде флегмы, а остальная часть выводится в виде дистиллята.

Отношение количества флегмы к количеству дистиллята называется флегмовым числом.

1) Первому положению отвечает бесконечно большое флегмовое число (3-2’для верха и 2’-1 для низа колонны)

R →∞, R= G_R/Gp => Gp=0 колонна работает без отбора дистиллята и кубовой жидкости, что допустимо только при испытаниях аппаратуры и проведении научно-исследовательских работ.Бесконечно большому флегмовому числу соответствует максимальная движущая сила.

2) 1-2’’-3, R=Rmin такой процесс не существует

x=xf, y= yfp, yfp = Rmin · xf /( Rmin +1) + xр/( Rmin +1),

Rmin· yfp+yfp= Rmin· xf+xp, Rmin· (yfp- xf)= xp- yfp,

Rmin=(xp- yfp)/(yfp- xf), где yfp-состав пара, находящегося в равновесии с жидкостью, поступающей в ректификацию. Движущая сила равна нулю, аппарат должен иметь бесконечно большую пов-ть фазового контакта.

3) R=Rраб, 1-2’’’-3, соотвествует работе заводской ректификационной аппаратуры. B’=xp/(Rраб+1), Rраб=Rопт. Точка 2^’’ может приближаться либо к 2’’’, либо к 2’. Соответственно этому меняется R и движ. сила.

F=Gf/Gp – сколько исх. смеси надо взять для получения 1кг дистиллята. R=G_R/Gp – то кол-во флегмы, которое необходимо возвратить в колонну, чтобы получить 1кг дистиллята.

Порядок определения Rопт:

1. Строится диаграмма х-у.

2.На этой же диаграмме строится большее количество рабочих линий с различными R в пределах от Rmin до R∞.

3. Для каждого R определяется my. Rn→ myn

4. Строится график (R+1) my от R и определяется Rопт

R+1~ G_D ~fa, my~H(высота колонны пропорциональна числцу единиц переноса), (R+1)my~Va