Укрепляющей и исчерпывающей частей колонны

Уравнения рабочих линий

Материальный баланс ректификационной колонны

Согласно схеме установки ректификации непрерывного действия (рис. 34), в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой х_F моль. долей НК. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята Р кмоль, его состав х_Р моль. долей НК. На орошение колонны возвращается флегма в количестве Ф моль, причём её состав равен составу дистиллята (х_Ф = х_Р моль. долей). Снизу из колонны удаляется W кмоль остатка состава x_W моль. долей НК.

Тогда уравнение материального баланса колонны будет:

F + Ф = G + W (10.1)

Поскольку G = P + Ф, то F = P + W

Соответственно материальный баланс по НК:

F·x_F = P·x_P + W·x_W (10.2)

Для получения уравнений рабочих линий используем общее для всех массообменных процессов уравнение, выразив применительно к ректификации все входящие в него величины.

Уравнение рабочей линии верхней части любого массообменного аппарата: y = (10.2).

Выведем уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны.

Количество жидкости, стекающей по этой части колонны (количество флегмы) L = Ф = P·R, где R = - флегмовое число, представляющее собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята.

Количество паров, поднимающихся по колонне G = P + Ф = P + PR = P(R+1).

Для верхнего предела укрепляющей части колонны, согласно принятому допущению, состав паров у_р = х_р. В том же сечении колонны состав жидкости (флегмы), поступающей из дефлегматора, х_ф = х_р, т. е. х_н = х_р. Подставляя значения L, G, у_к и х _н в уравнение (10.3), получим

,

,

,

(10.4) - уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны.

R – (флегмовое число) – натуральный ряд чисел; - тангенс угла наклона рабочей линии к оси х; — отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы у—х (рис.).

Исчерпывающая часть колонны. За основу при выводе берём уравнение рабочей линии нижней части любого массообменного аппарата:

y = (10.5).

Количество орошающей жидкости в этой части колонны больше количества флег­мы Ф, стекающей по укрепляю­щей части на количество исход­ной смеси, поступающей на пи­тающую тарелку. Если обозна­чить количество питания, при­ходящегося на 1 кмоль дистил­лята через f = (кратность питания) то F = Р·f и количество жидкости, стекаю­щей по исчерпывающей части колонны, составит: L’ = P·R + Р·f = P(f + R).

Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней (укрепляющей) ее части. Следовательно, G = G’ = P(R+1)

Для низа колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) x’_к = x_w и, согласно допущению, состав поступающего сюда из кипятильника пара y’_н = y_w= x_w. Подставив значения L’, G’, x’_к и y’_н в уравнение (10.5), получим:

,

,

,

(10.6).

Зависимость (10.6) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении tg = A^’ – тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а - отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси абсцисс.

Для построения рабочих линий на диаграмме у – х откладывают на оси абсцисс диаграммы (рис. 45) заданные составы жидкостей х_W, х_F и х_P. Учитывая принятые допущения о равенстве составов пара и жидкости на концах колонны, из точки х_Р восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы в точке а с координатами у_р = х_р. Величину R считают известной. Откладывая на оси ординат отрезок , соединяют прямой конец отрезка (точку d) с точкой а. Из точки, отвечающей заданному составу х_F, проводят вертикаль до пересечения с линией аd в точке b. Прямая аb – рабочая линия укрепляющей части колонны. Согласно допущению у_w = х_w, из точки, соответствующей составу х_w, восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы и получают точку с — конечную точку рабочей линии исчерпывающей части колонны. Соединяют точку с прямой с точкой b, принадлежащей одновременно рабочим линиям укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Прямая bс представляет собой рабочую линию исчерпывающей части колонны.

Дата добавления: 2014-12-16