37. Флегмовое число. Определение его минимального и оптимального значения.

Отношение количества кмолей флегмы Ф, приходящихся на 1 кмоль отбираемого дистиллята Р, называют флегмовым числом R (т.е. R=Ф/Р). Понятие о флегмовом числе введено для удобства анализа и расчета процесса ректификации.

Практически флегмовое число не бывает задано, и при расчетах ректификационных колонн надо правильно это число подобрать. Между флегмовым числом и числом ступеней изменения концентраций существует определенная зависимость.

Минимальное значение флегмового числа графически определяется так: из точки а (на диагонали диаграммы), имеющей абсциссу , проводят прямую через точку пересечение линии с кривой равновесия, до пересечения с ординатой в точке . Подставляя полученное (по масштабу) значение отрезка в уравнение

, получают минимальное значение флегмового числа

Минимальное значение флегмового числа можно найти и аналитически. Из диаграммы следует, что откуда

Если бы линии рабочих концентраций пересекались в точке на диагонали диаграммы, т.е. если бы направление линий рабочих концентраций совпадало с диагональю диаграммы, то отрезок на оси ординат В=0 и по уравнению флегмовое число должно бы быть бесконечно большим. При этом число ступеней изменение концентраций было бы минимальным. Практически такой случай может иметь место при работе ректификационной колонны без отбора дистиллята, т.е. количество пара, протекающего снизу вверх по колонне = флегмовому числу.

На практике линии рабочих концентраций должны пересекаться на диаграмме в точке , лежащей по линии ниже кривой равновесия и выше диагонали, и действительное флегмовое число должно быть больше минимального. В зависимости от условий ректификации и свойств разделяемой смеси ректификационные колонны работают при флегмовом числе (рабочее(действительное) число флегмы) где _. При расчетах ректификационных колонн рабочее число флегмы часто определяется по формуле _. Характер зависимости между флегмовым числом и числом ступеней изменения концентрации колонны показан на рисунке

Действительное флегмовое число определяют, строя такую зависимость для заданных условий перегонки. Из графика видно, что, начиная с некоторой величины , дальнейшее уменьшение флегмового числа проводит к резкому увеличению числа ступеней изменения концентрации. Поэтому на кривой выбирают точку М, лежащую в непосредственной близости от участка, соответствующего указанному выше возрастанию числа ступеней изменения концентрации.

Во всех случаях при выборе флегмового числа необходимо учесть, что с увеличением флегмового числа число изменения концентрации, а следовательно, и высота колонны уменьшается, но при этом пропорционально возрастает расход тепла на ректификацию, и, наоборот, с уменьшением флегмового числа расход тепла соответственно уменьшается, но при этом колонна должна иметь большее число ступеней изменения концентрации или большую высоту.

39. Перегонка с дефлигмацией. Многократная перегонка.

Обычно дефлегматор устанавливают выше верха колонны, для того чтобы флегма стекла в колонну самотеком.

а – с полной конденсацией и подачей флегмы самотек; б – с полной конденсацией и подачей флегмы насоса; в – с частичной конденсацией пара.

Если высота колонны велика, то для удобства ее обслуживания и снижения высоты здания дефлегматор устанавливают ниже верха колонны (рис б). В этом случае для подачи флегмы на орошение колонны необходима установка дополнительного насоса. Иногда дефлегматор встраивают в верху колонны (рис в). При этом из колонны выходят пары в количестве, равном количеству дистиллята. Для обеспечения образования восходящего по колонне потока пара используют различные по устройству кипятильники, которые встраиваются внутрь колонны (рис 1) или делают выносными (рис 2).

Последний вариант на практике встречается чаще, так как в этом случае облегчаются ремонт и замена кипятильника. Такие кипятильники обычно устанавливают ниже колонны для улучшения естественной циркуляции кубового жидкости.

41,Периодическая ректификация В производствах небольшого масштаба используются ректификационные установки периодического действия

Схема периодически действующей ректификационной установки

1 — куб; 2 — ректификационная колон­на; 3 — дефлегматор; 4 — делитель флегмы;5 — холодильник; 6 — сборни­ки дистиллята.

Исходную смесь загружают в куб 1, снабженный нагревательным устройством. Смесь подогревается до кипения и ее пары поступают под нижнюю тарелку ректификационной колонны 2. Подни­маясь по колонне, пары обогащаются НК, которым обедняется стекаю­щая вниз флегма, поступающая из дефлегматора 3 на верхнюю тарелку колонны. Пары из колонны направляются в дефлегматор 3, где они пол­ностью или частично конденсируются. В случае полной конденсации жид­кость разделяется с помощью делителя 4 на флегму и дистиллят. Конеч­ный продукт (дистиллят) охлаждают в холодильнике 5 и направляют в сборники 6.

После того как достигнут заданный состав остатка в кубе (об этом су­дят по температуре кипения жидкости в нем) остаток сливают, загружают куб исходной смесью и операцию повторяют.

4 2,Установки специальной ректификации В отличие от бинарных смесей–систем, обладающих лишь двумя степенями свободы, многокомпонентная смесь представляет собой систему, число степеней, свободы которой равно числу компонентов, составляющих эту смесь. В случае же разделения многокомпонентной смеси состоящей из n компонентов и имеющей n степеней свободы, при задании указанных выше двух параметров остаются неизвестными еще n – 2 степени свободы. Поэтому содержание остальных компонентов в дистилляте можно найти только подбором, учитывая, что существует ряд смесей различного состава, которые при данном давлении имеют одинаковую температуру кипения. Многокомпонентную смесь нельзя разделить в одной колонне подобно бинарной смеси. В общем случае число колонн для ректификации многокомпонентной смеси должно быть на одну меньше, чем число компонентов, на которые разделяется смесь, т. е. для разделения смеси из n компонентов требуется – 1 колонна. На рис. 1.6 в колонне 1 наименее летучий из компонентов (компонент С) отделяют в виде остатка. Другие два компонента (В и А), отводимые в качестве дистиллята, после конденсации поступают в колонну 2, где разделяются на дистиллят (компонент А) и остаток (компонент В менее летучий, чем А). Более экономична подача компонентов А+ В в колонну 2 в парообразном состоянии; при этом в дефлегматоре первой колонны конденсируется только флегма, необходимая для орошения колонны. Схемы установок для ректификации трехкомпонентных смесей Компоненты А и В более летучи, чем компонент С. Специальные виды ректификации. Предельным случаем близкокипящих смесей являются нераздельно кипящие, или азеотропные, смеси, для которых α=1. Чтобы разде­лить эти смеси, нужно значительно изменять давление, что связано с ус­ложнением и удорожанием установки. Относительно дорогим способом разделения азеотропных смесей является также молекулярная дистилляция . В ряде случаев более эффективны такие методы разделения азеотропных смесей, которые основаны на введении в разделяемую смесь добавочного компонента, так называемого разделяющего агента, обладающего избирательным действием. При его добавлении летучесть и коэффициент активности для низкокипящего компонента возрастают значительно больше, чем для высококипящего, что и облегчает разделение смеси. Применяя различные разделяющие агенты и подбирая их концентрацию, можно изменять в широких пределах относительные летучести компонентов исходной смеси и соответственно распределение ее компонентов между жидкостью и паром. Проведение процессов ректификации в присутствии разделяющих агентов является общим признаком методов экстрактивной и азеотропной ректификации. Вместе с тем эти методы существенно отличаются друг от друга. При азеотропной ректификации разделяющий агент образовывает азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется из ректификационной колонны в качестве дистиллята. При экстрактивной ректификации разделяющий агент должен обладать значительно меньшей относительной летучестью, чем компоненты исходной смеси, и не образовывать с ними азеотропных смесей. Он отводится из колонны с кубовым остатком.