Побудова робочих ліній на діаграмі у — х

Для побудови робочих ліній відкладають на осі абсцис діаграми (рис. 1) задані склади рідин x_F, x_D і x_W. З урахуванням прийнятих допущень про рівність складів пари, що йде з верхньої тарілки, і дистиляту () з крапки x_D відновлюють вертикаль до перетину з діагоналлю діаграми в крапці а. Величину R вважаємо відомою. Відкладаючи на осі ординат відрізок (з рівняння верхньої робочої лінії), сполучають прямою крапку d, з крапкою а.

Рис. 1 Побудова робочих ліній колони ректифікації на діаграмі у- х

 

З крапки, що відповідає складу x_F, проводять вертикаль до перетину з лінією аd в точці b. Прямая аb — робоча лінія зміцнюючої частини колони. Згідно допущенню , з крапки, відповідної складу x_W, відновлюють вертикаль до перетину з діагоналлю діаграми і одержують крапку c. Сполучають крапку c прямою з точко. b, що належить одночасно робочим лініям зміцнюючої і вичерпної частин колони. Пряма bс представляє робочу лінію вичерпної частини колони. Робочі лінії відповідають зміні робочих концентрацій у верхній і нижній частинах колони ректифікації.

 

Ректифікація. Флегмове число і межі його вимірювання. Теоретично мінімальне і робоче число флегми

Ректифікація - це протитечійна взаємодія двох неврівноважених фаз - рідини й пари, що утвориться із цієї рідини. При цьому пара безупинно збагачується низькокиплячим (легколетrим) компонентом, а рідина висококиплячим (важколетrим) компонентом. Ректифікацією може бути досягнутий будь-який заданий ступінь поділу рідких сумішей і ректифікація є складним процесом дистиляції.

Флегмове число

При заданому складі дистиляту x_D величина відрізка В (рис. 1), що відсікається робочою лінією зміцнюючої частини колони на осі ординат, залежить тільки від флегмового числа R, оскільки . Із збільшенням R відрізок В зменшується, крапка b переміщається по вертикалі вниз, в межі (при R =¥) до перетину з діагоналлю діаграми (крапка ), В цьому випадку рушійна сила процесу, виразима різницею у* — у, досягає максимального значення. Із зменшенням R, очевидно, крапка b переміщатиметься по вертикалі вгору. В цьому випадку рушійна сила процесу зменшуватиметься і в межі, при деякому мінімальному значенні R, коли крапка b лежатиме на перетині вертикалі x_F з рівноважною кривою (крапка ), виявиться рівною нулю.

Рис. 1 Побудова робочих ліній колони ректифікації на діаграмі у- х

 

Робоче флегмовое число, при якому працює колона, повинне знаходитися в межах R_min та R =¥. Початковою величиною для вибору робочого флегмового числа є R_min, значення якого можна знайти розрахунком.

Для визначення R_min проведемо з крапки (рис. 1) горизонтальний відрізок до перетину з ординатою крапки а. Тангенс кута нахилу робочої лінії зміцнюючої частини колони при R_min рівний відношенню катетів ае і трикутника :

Разом з тим, згідно рівнянню робочої лінії, при мінімальному флегмовом числі Зіставляючи обидва виразу, отримаємо:

R_min = .

Вибір робочого флегмового числа являє собою складне завдання, тому що флегмове число R визначає розміри апарата й витрати теплоносіїв (гріючої пари в кубі-випарнику й охолодженій воді в дефлегматорі). Отже, від величини R залежать капітальні витрати й експлуатаційні витрати на ректифікацію.

Експлуатаційні витрати, визначувані витратою теплоносія, зростають прямо пропорціонально величині R

 

Рис. 2 До визначення оптимального флегмового числа:

1—експлуатаційні витрати; 2—капітальні витрати; 3—загальні витрати на ректифікацію

 

 

(рис. 2 крива 1). Складнішою є залежність капітальних витрат від величини флегмового числа. Із збільшенням Rзростає рушійна сила процесу і зменшується необхідне число теоретичних і, відповідно, дійсних тарілок. У результаті при деякому флегмовому числі робочий об'єм колони стане мінімальним і, отже, мінімальною буде її вартість. Тому залежність капітальних витрат від флегмового числа має мінімум (крива 2). Сумарні витрати також матимуть мінімум, який не співпадає з мінімумом капітальних витрат. Залежність сумарних витрат (в грн.) від флегмового числа зображається на рисунку кривою 3. Мінімуму сумарних витрат відповідає оптимальне значення дійсного флегмового числа R_опт.

Вибір робочого флегмового числа проводять приблизно, як R =j· R_min, где j - коефіцієнт збитку флегми (j >1). Як що дані о величинах j для систем, що розділяються відсутні, то можливо використання емпирічної залежності:

R = 1,3 R_min + 0,3.