43. Тепловой баланс нижней части колонны

; ;

-уравнение прямой, проходящей через 3 точки

, , ,

Уравнение рабочей лини связывает составы и энтальпии встречных потоков флегмы и паров.

При заданном составе остатка положение полюса Р’ зависит от тепла . При ↑ →Р= , а при → = .

т.g и G характеризуют составы и энтальпии встречных неравновесных потоков, относящихся к одному произвольному сечению. Каждому сечению соответствует своя рабочая линия.

Полюс соответствует режиму минимального орошения → ЧТТ → , а пары, поднимающиеся из нижней части колонны, находятся в равновесии с жидкостью, стекающей в нижнюю часть колонны.

44Построение рабочих линий на диаграмме Х-У при помощи энтальпийной диаграммы

45 Режим минимального орошения

;

-нормальная ректификация.

-наступает момент мin орошения.

; D( , ) L ( , )

W ( , ) M( , , y=1)

46.Режим полного орошения

При бесконечном флегмовом и паровом числах рабочие линии обеих частей колонны сливаются с диагональю диаграммы х-у. В этом случае, как следует из уравнения рабочей линии, составы потоков паров и жидкости, являющиеся встречными на одном уровне, для любого сечения колонны будут равны: х_n+1=y_n, а число тарелок будет мин и равным N_мин.

Такой режим работы колонны можно представить двояко:

1.колонна работает с отбором ректификата D, остатка W и с подачей сырья F=D+W при потоках флегмы g и паров G, стремящихся к бесконечности(режим бесконечной флегмы).

2.колонна работает без отбора продуктов: D=0, W=0 и F=D+W=0, но с заданными подводом тепла Q_B в кипятильнике и с отводом тепла Q_d в конденсаторе,т.е. в этом случае встречные потоки пара и жидкости равны и определяются теплоподводом в кипятильник(режим полного орошения).

В первом случае колонна должна иметь бесконечно большое поперечное сечение, во втором поперечное сечение аппарата определяется потоками паров и флегмы.

Пар состава y_w^*, уходящий из кипятильника, находится в равновесии с жид остатком состава x_w, те они связаны урав. равновесия:

. для любых двух смежных тарелок справедливо х_n+1=y_nи поэтому:

.

47 Графическое определение числа тт на диаграмме х-у

48 Графическое определение числа тт при помощи энтальпийной диаграммы и изобарных температурных кривых

Абсцисса yD определяет положение точки 1 на энтальпийной диаграмме (отвечает энтальпии паров ректификата H,D) и точки 2 на кривой конденсации (определяет температуру паров ректификата tD). Концентрация жидкости x'D, стекающей из парциального конденсатора и находящейся в равновесии с парами ректификата, определится абсциссой точки 3, находящейся на пересечении ординаты tD с кривой испарения. Линия 2—3 отвечает коноде при температуре tD. Точке 3 на энтальпийной диаграмме соответствует точка 4, определяющая коноду 1—4. Соединив точку 4 с полюсом Р, получим рабочую линию, определяющую составы потоков пара и жидкости над верхней тарелкой. Пересечение рабочей линии Р—4 с кривой энтальпий паров в точке 5 определяет состав паров у_NК, поднимающихся с верхней тарелки концентрационной части колонны. Точке 5 на кривой конденсации соответствует точка 6, ордината которой определяет температуру этих паров. Конода 6—7 дает точку 7, абсцисса которой определяет состав жидкости, стекающей с верхней тарелки. Состав этой жидкости, перенесенный на энтальпийную диаграмму в точку 8, дает положение коноды 5—8 и рабочую линию Р—8. Пересечение этой рабочей линии в точке 9 с кривой энтальпий паров определяет состав паров y_Nк-1, под верхней тарелкой.Продолжив соответствующие построения, получим наконец состав паров ут, поступающих на нижнюю тарелку концентрационной части колонны (абсцисса точки 13), и состав жидкости х₁, стекающей в секцию питания колонны (абсцисса точки 12). Число конод, полученных при таком построении, и определяет число теоретических тарелок; в данном случае оно равно 3. Конода 2—3 (или 1—4) отвечает идеальному контакту, обеспечиваемому работой парциального конденсатора.

Определение числа теоретических тарелок в нижней части колонны можно начать с точки V. Абсцисса этой точки дает точку V на линии энтальпий жидкости и точку 2', соответствующую температуре остатка, отбираемого из низа колонны.

Проведя коноду 2' — 3', получим точку 3' на кривой конденсации, которая определяет положение коноды V — 4' на энтальпийной диаграмме. Абсцисса точки 3' (или 4') определяет состав паров y'w, покидающих кипятильник и находящихся в равновесии с остатком состава xw.

Проведя через точку 4' и полюс Р рабочую линию, получим точку 5' пересечения рабочей линии с кривой энтальпий жидкости. Абсцисса точки 5' определяет состав жидкости х,., стекающей с нижней тарелки отгонной части колонны. На кривой конденсации для абсциссы хг получим точку 6', ордината которой определяет положение коноды 6' — Т на изобарных температурных кривых. Абсцисса точки 7', находящейся на кривой конденсации, дает состав паров у₁, уходящих с нижней тарелки отгонной части колонны. Абсцисса точки 7' определяет точку 8' на энтальпийной диаграмме, которая отвечает коноде 5' — 8'. Проведя рабочую линию Р' — 8' до пересечения с кривой энтальпий жидкой фазы, получим точку 9', абсцисса которой дает состав жидкости х2-, стекающей со второй, считая снизу, тарелки

отгонной части колонны.

Подобное построение продолжается до тех пор, пока не будет достигнут требуемый состав жидкости хт и состав пара y_N0 над верхней тарелкой нижней части колонны. В данном примере это точки соответственно 9' и 8'.

Число построенных конод определяет число теоретических тарелок в нижней части колонны (в данном случае оно равно 2). Конода 2' — 3' (или 1' — 4') характеризует работу кипятильника.

Из приведенного графического построения числа тарелок по энтальпийной диаграмме следует, что при перемещении вверх полюса Р (Od/D увеличивается, флегмовое число R также увеличивается) число теоретических тарелок в концентрационной части колонны уменьшается. При перемещении полюса Р вниз необходимое число тарелок увеличивается.

Перемещение полюса Р^’ вниз свидетельствует об увеличении количества тепла Ов/W, ПОДВОДИМОГО В КИПЯТИЛЬНИК, а следовательно, и потока паров. Это приводит к уменьшению числа теоретических тарелок. Перемещение полюса Р' вверх связано с уменьшением количества подводимого в кипятильник тепла и уменьшением потока паров орошения. При этом число теоретических тарелок в нижней части колонны увеличивается.