2.3. Рабочие линии процесса

ректификации в у–х-диаграмме

Положения линий рабочих концентраций в у–х-диаграмме зависят не только от состава исходной смеси, но также от её тепловых параметров. Возможны следующие случаи питания аппарата исходной смесью:

1. при температуре ниже, чем температура кипения;

2. при температуре кипения;

3. смесью насыщенного пара и жидкости;

4. насыщенным паром;

5. перегретым паром.

Рассмотрим подробно два случая: питание аппарата жидкой смесью при температуре кипения и питание аппарата исходной смесью в виде насыщенного пара.

Питание аппарата жидкой смесью при температуре кипения.

В рассматриваемом случае возможны два предельных положения рабочих линий: 1 – 3’ для верха и 3’ – 2 для низа колонны 1 – 3” для верха и 3” – 2 для низа колонны (рис. 4).

Положение рабочих линий 1 – 3 – 2 соответствует работе заводской ректификационной аппаратуры. Точка 3, очевидно, может либо приближаться к своему верхнему пределу 3”, либо к нижнему 3’. Соответственно этому изменяются флегмовое число и движущая сила процесса.

Поскольку проведение ректификации связано с испарением жидкости и соответствующими затратами тепла, на основании изложенного можно сформулировать одно из важнейших правил ректификации: с уменьшением флегмового числа и, следовательно, затрат тепла на проведение процесса уменьшается движущая сила, и наоборот.

Оптимизацию значения флегмового числа можно провести, исходя из минимального объема колонны.

Количество пара, проходящего через ректификационную колонну, равно

G_д (R + 1), а объемная скорость его

V_G = G_д (R + 1)/(ρ_G), (27)

где V_G – объемная скорость пара в колонне, м³/с; ρ_G – плотность смеси, кг/м³; G_д – количество дистиллята, кг/с.

Сечение колонны при заданной скорости пара и G_д является величиной, пропорциональной (R+1), а высота аппарата пропорциональна числу единиц переноса. Следовательно, произведение т_х(R+1) пропорционально рабочему объему аппарата. Как известно, число единиц переноса равно

В общем случае, при условии нелинейной равновесной зависимости величина т_х определяется графическим интегрированием.

 Задаваясь рядом значений R в пределах R_min < R < , получим ряд положений рабочих линий 1–2–6, 1–3–6, 1–4–6, 1–5–6 (рис. 5). Для ряда положений рабочих линий графическим интегрированием найдем ряд значений т_х. Построив график зависимости т_х(R + 1) = f(R), по минимуму значения этой функции находим R_опт (рис. 6).

Определение R_опт при условии минимального рабочего объема дополняется иногда и условиями минимума эксплуатационных расходов, хотя величина R_опт, определенная по изложенной выше методике, мало отличается от величины, найденной с учетом другого критерия оптимальности.