1.3. Построение рабочих линий для расчета ректификационной колонны.

П одставляя в уравнение (17) значение концентраций жидкости х=x_d, получим у=x_d, т.е. на у-х -диаграмме (рис.4) рабочая линия укреп­ляющей (верхней) части колонны проходит через точку D, лежащую на диа­гонали (у=x_d) и имеющую абсциссу x_d. Тангенс угла наклона этой линии tg(a)=R/(R+1). Отрезок В=x_d/(R +1).

Если в уравнение (19) исчерпывающей (нижней) части колонны подставим х=х_w, то получим у=х_w. Это означает, что рабочая линия для

исчерпываю­щей части колонны проходит через точку W, лежащую на

диагонали (у=х_w) и имеющую абсциссу х_w. Точка пересечения рабочих линий укрепляющей и исчерпывающей частей колонны характеризует жидкость при переходе из одной части колонны в другую. Для этого приравниваем друг к другу уравнения (17) и (19). После преобразования получим уравнение для определения к онцентрации смеси в точке пересечения рабочих линий:

Для построения рабочих линий на оси абсцисс откладывают значения х_w, х_f и х_d, проводят через них вертикали х_w W, х_f F и х_d D. Согласно принятому флегмовому числу на оси ординат откладывают отрезок ОМ = В = х_d/(R+1). Точку М соединяют прямой с точкой D, лежащей на пересечении вертикали х_dD с диагональю диаграммы. Точку F пересечения этой прямой W с вертикалью х_f F соединяют с точкой W пересечения вертикали X_w с диагональю. Отрезок FD - рабочая линия укрепляющей части колонны, а отрезок FW - рабочая линия исчерпы­вающей части колонны.

Концентрации пара у_р, равновесные с жидкостью в каждом сечении колонны, выражаются линией равновесия, определяемой обычно опытным путем (сведения о равновесных составах жидкости и пара для бинарной смеси этиловый спирт-вода приведены в приложении).

Отрезки ординат между линией равновесия OF’ ’N и рабочими линиями WF’ ‘D. равные разности (у_р - у), выражают движущую силу процесса массообмена, т.е. процесса испарения низкокипящего компонента из смеси.

1. 4. Графический метод определения числа теоретических тарелок в ректификационной колонне.

Теоретическая тарелка - ступень контакта между паром и жидкостью, на которой осуществляется изменение концентраций фаз от рабочего состоя­ния до равновесного.

Если на диаграмме у-х (рис.5) задана кривая равновесия y=f(x) бинарной смеси, то зависимость между концентрациями жидкой и паровой фаз на тарелках ректификационной колонны определяется рабочими линиями FD и FW, проходящими через точки (x_n;y_n-1), (x_n+1;y_n) и т.д.

Г рафическое определение числа теоретических тарелок на у-х диаграмме начинают с точки D (концентрация дистиллята).

Проводят от точки D поочередно горизонтали до линии равновесия, затем вертикали до рабочей линии в верхней и нижней частях колонны до тех пор, пока в результа­те пересечения с кривой равновесия не будет получена точка, абсцисса кото­рой х меньше х_w. При этом получают ряд ступеней, число которых и опреде­ляет число теоретических тарелок колонны.

Практически требуется значительно больше тарелок!

Для определения действительного числа тарелок вводят поправочный коэффициент – общий (полный) КПД тарелки,  - отношение числа теоретических тарелки к числу действительных тарелок

обычно в диапазоне (0.2 - 0.9) (21)

П ри делении числа теоретических тарелок на коэффициент полезного действия тарелок, получают число действительных тарелок: