При обогреве ректификационной колонны непрерывного действия острым паром, который подается в куб колонны под нижнюю тарелку (рис.4), уравнения материального баланса можно составить только через мольные расходы и мольные доли низкокипящего компонента в паровой и жидкой фазах.
Рис. 2 К выводу уравнений материального баланса процесса ректификации при обогреве колонны острым паром.
– соответственно мольные расходы исходной смеси, дистиллята, флегмы, кубового остатка и пара; - соответственно мольные доли низкокипящего компонента в исходной смеси, дистилляте, флегме, кубовом остатке и в паре, поступающем на дефлегматор.
Так как мольный расход пара не изменяется по всей высоте колоны, а изменяется только его состав, то можно составить уравнение материального баланса по всем компонентам, участвующим в процессе (в мольных расходах),
(4)
И уравнение материального баланса по низкокипящему компоненту.
, (5)
Уравнение материального баланса дефлегматора имеет следующий вид:
(6)
а мольный расход кубового остатка определяется как сумма мольных расходов исходной смеси и флегмы, что соответствует мольному расходу жидкости в исчерпывающей части колоны,
(7)
Тогда из уравнения (5) с учетом уравнения (7) получим мольный расход дистиллята
(8)
а из уравнения (7) с учетом уравнения(8) мольный расход кубового остатка
(9)
Мольный расход острого пара определяется уравнением (6).
Для того, чтобы провести расчет материальных потоков по уравнениям (8), (9) и (6) необходимо по заданному массовому расходу рассчитать мольный расход исходной смеси
(10)
Где и - соответственно мольный и массовый расходы исходной смеси;
– мольная масса исходной смеси, рассчитывается в соответствии с уравнением в табл. 6.2 [3].
Массовый расход исходной смеси:
Mольный расход исходной смеси:
Мольный расход кубового остатка:
Мольный расход дистиллята:
Мольный расход кубового остатка:
Отсюда
Материальный баланс дефлегматора:
0,016+ = (1+1,0665)
Mатериальный баланс по низкокипящему компоненту:
0.0096=0.0096
Проверка результатов вычислений осуществляется по уравнению
(11)
Необходимые для вычислений значения и R определены ранее.
В случае выполнения равенства (11) мольные расходы дистиллята, кубового остатка и острого пара переводим в массовые расходы
Где - соответственно массовые и мольные расходы дистиллята, кубового остатка и острого пара,
- мольные массы дистиллята, кубового остатка и острого пара соответственно.
Мольная масса дистиллята:
Мольная масса кубового остатка:
Мольная масса острого пара:
Мольный расход дистиллята:
Мольный расход кубового остатка:
Мольный расход острого пара:
В дальнейшем расход греющего (острого) пара следует уточнить при решении уравнения теплового баланса колонны.