Основні параметри роботи ректифікаційних колон

До основних параметрів роботи ректифікаційних колон відносять число тарі­лок і геометричні розміри, навантаження пари й рідини, співвідношення потоків пари та рідини. Для визначення їх на підставі аналізу процесу, який відбувається в колоні в цілому Й на окремих ступенях контакту фаз, встановлюють міру збагачен­ня фаз на кожному ступені і в колоні в цілому та інтенсивність парового і флегмо-вого потоків. Останнє дає можливість визначити енергетичні витрати на проведен­ня процесу.

МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС КОЛОНИ

Матеріальний баланс колони складають з метою визначення кількості одержу­ваних продуктів на основі даних про вихідну сировину та заданих умов розділен­ня. Рівняння матеріального балансу (рис. 10.9) по всьому продукту:

де М, D і S - відповідно кількість вихідного продукту, дистилята і залишку, кг або кмоль;

по одному з компонентів (частіше ЛЛК);

(10.8)

де Х_м, X_D і X_s - вміст компоненту відповідно у вихідному продукті, дистиляті та зали­шку, мас. % або мол. %.

Рис. 10.9 Схема матеріальних пото­ків колони: G і L -паровий і рідинний потоки у довільному перерізі; Xs Хм - концентра­ція ЛЛК відповідно в потоках пари й рідини у довільному перерізі, дистиляті, залишку і вихідному продукті (живленні)

Спільне вирішення цих рівнянь дозволяє встановити зв'язок між кі­лькістю сировини, виходом верхньо­го або нижнього продукту та їх кон­центрацій.

За рівнянням матеріального ба­лансу можна встановити співвідно­шення, які пов'язують склади зустрі­чних на одному рівні потоків флегми Й пари. Для цієї мети складають ма­теріальний баланс для об'єму коло-

ни, що знаходиться між будь-яким ЇЇ довільним перерізом у нижній або верхній частинах.

 

Матеріальний баланс по ЛЛК для концентраційної частини колони вищий до­вільного перерізу 1-І (рис. 10.9)

(10.9)

де G L - паровий та рідинний потоки у довільному перерізі; - склад

потоків по ЛЛК відповідно у парі та рідині у довільному перерізі й дистиляті. Роз­в'язавши рівняння (10.9) відносно або одержимо залежність між концентра­ціями зустрічних потоків

(10.10) але тому що D = G - L, то можна записати

 

Відношення L / G прийнято називати числом зрошування, з нього можна ви­значати необхідні значення зрошування на одиницю парового потоку в колоні. Рів­няння (10.11) ->рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом L / G та вільним членом

Відношення L/C легко виразити через число флегми тоді рів-

няння (10.11) зводиться до виду

(10.12)

Для відгінної частини колони матеріальний баланс по ЛЛК нижчий довільно­го перерізу II - II (при обігріванні закритою парою)

(10.13) звідки

10.14) але S - L' - G', тоді

При обігріванні колони відкритого парою рівняння (10.15) зводиться до виду

(10.16)

Рівняння (10.12), (10.15), (10.16) зв'язують робочі концентрації потоку пари й рі­дини у колоні. Лінія, що побудована за цими рівняннями в координатах Y - X, назива-бться робочою лінією відповідно концентраційної та відгінної частини колони.

Співвідношення потоків пари й рідини буде постійним у тому випадку, якщо теплота випаровування компонентів суміші буде однаковою.

Значення молярної теплоти випаровування етанолу = 39 344 кДж/кмоль) і води - 40 643 кДж/кмоль) приблизно рівні, отже, для водно-спиртових сумішей значення молярної тепломісткості пари й рідини будуть мало залежити від концен­трації етанолу. Це дає підстави робити висновок про допущення співмолярності сумішей, тобто вважати, що рівняння (10.12), (10.15) і (10.16) будуть рівняннями прямої лінії для суміші етанол-вода, якщо розрахунок проводиться у молярних відсотках або у молярних долях.