26. Уравнения материального баланса ректификационной колонны непрерывного действия.

Пусть в колонну поступает F кмоль исходной смеси состава X_F мольных долей НК. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации Ф кмоль флегмы состава X_Ф и Д кмоль дистиллята состава X_Д (X_Ф = X_Д). Снизу из колонны удаляется W кмоль куб. остатка состава Х_W мольных долей НК. При установившемся режиме массы потоков жидкости и пара остаются неизменны.

Тогда общее уравнение материального баланса

то уравнение материального баланса по НК:

Учитывая, что флегмовое число

получаем количество пара

Общим уравнением рабочей линии является уравнение

Уравнения рабочей линии для укрепляющей части колонны:

для первой (верхней) тарелки можно записать

Учитывая уравнения (10.2) и (10.6)

Т.к. для верхней части колонны , получим

Тогда уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны будет иметь вид

Проводя аналогичные рассуждения относительно исчерпывающей части колонны, получим уравнение рабочей линии:

2 7. Построение линии равновесия на диаграмме y = f(x).

Движущую силу процесса можно выразить как через концентрации компонента в жидкой фазе - ∆х, так и через концентрации в газовой фазе - ∆у. Покажем это на диаграммах равновесия.

Данная диаграмма соответствует переходу распределяемого компонента из газовой фазы в жидкую. Точка "А" соответствует такому диффузионному объему аппарата, в котором рабочие концентрации равны у и х. Соответствующие им равновесные составы равны х* и у*.

28. Понятие флегмового числа. Уравнения для расчета минимального и рабочего флегмового числа.

Флегма – практически чистый низкокипящий компонент, подающийся в колонну на орошение для создания устойчивого нисходящего движения потока жидкости. Проходя по колонне, она обогащается высококипящим компонентом и спускается в нижнюю часть колонны.

Флегмовое число – отношение количества жидкости, стекающей с любой тарелки в концентрационной секции колонны (от места ввода сырья до отбора верхнего продукта — дистиллята), к количеству отбираемого дистиллята.

Рабочее (оптимальное) флегмовое число R определяет нагрузки ректификационной колонны по пару и по жидкости, и наряду с производительностью колонны обуславливает геометрические размеры колонного аппарата и затраты теплоты на проведение процесса.

Исходным при выборе рабочего флегмового числа является минимальное его значение , которое определяется по формуле:

где – Концентрации легколетучего компонента в дистилляте (в мольных долях);

– Концентрации легколетучего компонента в исходной смеси (в мольных долях);

– концентрация легколетучего компонента в паровой фазе, равновесной с исходной смесью питания колонны, определяемая по концентрации (рис. 9).

Рабочее значение флегмового числа R найдем из эмпирического уравнения: .

29. Расчет высоты тарельчатой ректификационной колонны.

Если требуется произвести расчет тарельчатого колонного аппарата, то для определения его высоты необходимо знать число тарелок. Для этого используют метод теоретических тарелок. При этом, под понятием "теоретическая тарелка" понимают такой диффузионный объем, в котором соприкасающиеся фазы находятся в состоянии равновесия, т.е. составы удаляющегося с такой тарелки газа и стекающей с нее жидкости равновесны друг другу.

Переход распределяемого компонента из газовой фазы в жидкую:

Из точки А с координатами у_н, х_к проводим вертикальную линию АВ до пересечения с линией равновесия, а затем горизонтальную прямую ВС до пересечения с рабочей линией. Полученная ступень АВС изображает изменение составов обеих фаз на теоретической тарелке.

Как видно, для нее характерно, что состав газа, удаляющегося с тарелки у₁, равновесен составу жидкости, стекающей с нее х_к. Строя таким образом последовательно ступени до пересечения с ординатой у_к, отвечающей составу газа, удаляющегося с верхней (последней) теоретической ступени, находят число теоретических тарелок N_т = 3.

П ереход распределяемого компонента из жидкой фазы в газовую:

В случае перехода распределяемого компонента из жидкой фазы в газовую фазу, то из точки А с координатами х_н, у_к проводим горизонтальную прямую АВ до пересечения с линией равновесия, затем вертикальную прямую ВС до пересечения с рабочей линией.

Последовательно строя таким образом ступени изменения концентрации до пересечения точки К с координатами х_к, у_н, находят количество теоретических тарелок. Для нашего примера N_т = 3.

Для расчета числа действительных тарелок, как в 1-ом примере, так и во 2-ом, используют коэффициент полезного действия η < 1, который учитывает действительную кинетику процесса на тарелках и зависит от множества факторов: скоростей движения фаз, их перемешивания, направления их движения, физических свойств и т.д.

Значения η находятся в пределах от 0,3 до 0,8. Учитывая это число действительных тарелок выбранной конструкции всегда больше числа теоретических тарелок .

Высоту тарельчатой части массообменной колонны определяют по формуле , где – расстояние между тарелками ( = 200 – 600 мм).