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 Хм, XD і Xs - 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.
