Основные допущения при построении рабочих линий

При графоаналитическом расчёте бинарной ректификации принимают ряд допущений, позволяющих упростить построение рабочей линии процесса ректификации на x,y-диаграмме.

Список допущений:

1) Равенство молярных теплот испарения компонентов ΔH_исп НК = ΔH_исп ВК;

2) Отсутствие теплового эффекта смешения компонентов ΔH_см= 0;

3) Отсутствие тепловых потерь в окружающую среду Q_п= 0;

4) Отсутствие разделяющего действия кипятильника и дефлегматора, выражающееся в равенстве составов жидкости и пара в этих аппаратах x_W = y_W,x_P = y_P.

Следствия из допущений:

1) Из допущений 1-3 следует, что при конденсации из пара 1 моля высококипящего компонента выделяется ровно столько тепловой энергии, сколько необходимо на испарение из жидкости 1 моля низкокипящего компонента, и это тепло не теряется и целиком идёт на испарение. В результате мольные потоки жидкости и пара постоянны в пределах рассматриваемой части колонны, что в итоге даёт возможность считать рабочие линии прямыми.

2) Из допущения 4 следует, что рабочая линия нижней части колонны пересекает диагональ в точке x_W, а рабочая линия верхней части колонны пересекает диагональ в точкеx_P.

Основные сечения колонны

Расчёт бинарной ректификации с построением рабочих линий на x,y-диаграмме подразумевает расчёт нескольких ключевых сечений. В пособии [1, с. 227-235] представлен расчёт по средним сечениям верхней и нижней части ректификационной колонны. Однако усреднение проведено не по составам, а по всем рассчитываемым параметрам и свойствам, что допустимо с учётом невысокой точности расчёта, но делает расчёт более громоздким. Поэтому корректней высоту насадки, соответствующую единице переноса по газовой фазе, считать по средним составам жидкости.

В данной работе ограничимся рассмотрением шести сечений (рис. 3):

Сечение W– нижнее сечение колонны, соответствует точке входа в колонну потока пара из куба-кипятильника и составу жидкостиx_W;

Сечение Н – среднее сечение нижней части колонны, соответствует составу жидкости x = (x_W+x_F)/2;

Сечение F– тарелка питания колонны, соответствует точке ввода в колонну исходной смеси и составу жидкостиx_F;

Сечение F' – тарелка над точкой питания, соответствует точке, находящейся чуть выше точки ввода питания, и так же, как и сечениеF, соответствует составу жидкостиx_F, однако относится уже не к нижней, а к верхней части колонны;

Сечение В – среднее сечение верхней части колонны, соответствует составу жидкости x = (x_F+x_P)/2;

Сечение P– верхнее сечение колонны, соответствует точке ввода флегмы и составу жидкостиx_P.

Рис. 3. Основные сечения колонны

В соответствии с допущением, считаем мольный расход паровой фазы постоянным по всей высоте колонны. Объёмный расход паровой фазы увеличивается с ростом температуры и уменьшается с ростом давления. Поскольку в первом приближении мы пренебрегаем гидравлическим сопротивлением колонны и изменением давления по её высоте, то считаем объёмный расход паровой фазы зависящим только от температуры. Следовательно, наибольший объёмный расход паровой фазы будет наблюдаться для сечения W, где наблюдается наибольшая температура. Поэтому при расчёте диаметра колонны рекомендовано ориентироваться на это сечение.