НЕПРЕРЫВНАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ БИНАРНОЙ СМЕСИ, МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ, РАБОЧАЯ ЛИНИЯ РЕКТИФИКАЦИИ.

Ректификацией - диффузионный процесс разделения жидких смесей взаимно растворимых компонентов, различающихся по температурам кипения, который осуществляют путем противоточного, многократного контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз.

Для получения продуктов с заданной концентрацией компонентов и высокими выходами используют процесс ректификации, который широко применяется в нефтегазопереработке, химической, нефтехимической, кислородной, пищевой и других отраслях промышленности.

   Отбираемый с верху колонны продукт D, обогащенный НКК, называется ректификатом (или дистиллятом), — а снизу колонны W, обогащенный ВКК, —остатком (или нижним продуктом).

Та часть колонны, куда вводится сырье, называется секцией питания, или эвапорационным пространством, часть ректификационной колонны, находящаяся выше ввода сырья —верхней, концентрационной или укрепляющей, а ниже ввода сырья —нижней, отгонной или исчерпывающей. В обеих частях колонны протекает один и тот же процесс ректификации.

    Вступающие в контакт пары и жидкость при ректификации не находятся в равновесии, но в результате контакта фазы стремятся достичь его или приблизиться к этому состоянию. Происходит выравнивание температур и давлений в фазах и перераспределение компонентов между ними. Контакт пара и жидкости, при котором система достигает состояния равновесия, называется идеальным или теоретическим, а устройство, обеспечивающее такой контакт —теоретической тарелкой.

     Сущность ректификации применительно к разделению бинарной смеси. В нижней части колонны находится куб 2 с обогревающим устройством. На выходе паров сверху колонны расположен конденсатор 3.

   При нагревании исходной смеси состава x_одо температуры кипения t₀образуется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. При его конденсации образуется жидкость (конденсат) состава x₁= y₀, которая обогащена НК. Нагрев эту жидкость до температуры t₁и сконденсировав образовавшиеся пары, получим конденсат состава x₂= y₁, причем x₂>x₁, т.е. жидкость еще больше обогащена НК(низкокипящий компонент).

   Повторяя многократно процессы испарения и конденсации паров, можно получить жидкость, практически состоящую из одного НК. Параллельно этому в нижней части колонны (в кубе) получаем жидкость обогащённую ВК (высококипящий компонент).

а) схема ректификационного агрегата (1 – колонна, 2 – обогревающее устройство, 3 – конденсатор);

б) процесс ректификации на диаграмме t – x,y. G_V– выход паров в дефлегматор, G_R– подача флегмы на орошение колонны, G_Д– отбор дистиллята.

Для анализа работы ректификационной колонны необходимо составить материальные балансы потоков. Уравнения последних имеют следующий вид:

-для всей колонны

F=Д+W

-по потокам фаз

G_F=G_Д+G_W

G_F+G_R=G_V+G_W;

- по количеству НК:

G_F·х_F=G_Д·y_Д+G_W·х_W.

Относительный отбор остатка составит:

Процесс ректификации связан с обменом тепловой энергией между паром и жидкостью и если не учитывать потери тепла в окр. среду тепловой баланс можно записать по формуле:

Q_F+Q_B=Q_D+Q_W+Q_d

Q_F– тепло с сырьем;Q_B– тепло входит в низ колонны через кипятильник;Q_D- отводится из колонны парами ректификата;Q_W– отводится жидким остатком;Q_d- отводится хладагентом.

Отдельные составляющие: Q_F=F(1-e)·h_tF+F·e·H_tF=F·h_F

е – массовая доля отгона.е = D/F=W/F

Рабочая линия процесса ректификации, представляет собой совокупность рабочих линий для верхней и для нижней части колонны и характеризуется изломом в точке соответствующей составу питательной смеси.

Для верхней части колонны можно воспользоваться уравнением

Для нижней части колонны существует уравнение:

Вид рабочей линии представлен на рисунке 1

Рисунок-1 – Рабочие линии ректификации

66 ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЛИНИИ ДЛЯ УКРЕПЛЯЮЩЕЙ И ИСЧЕРПЫВАЮЩЕЙ ЧАСТЕЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ, МИНИМАЛЬНОЕ И РАБОЧЕЕ ФЛЕГМОВОЕ ЧИСЛО.

Ректификацией называется диффузионный процесс разделения жидких смесей взаимно растворимых компонентов, различающихся по температурам кипения, который осуществляют путем противоточного, многократного контактирования неравновесных паровой и жидкой фаз. Данный процесс происходит в ректификационной колонне. Ректификацию можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификации применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней-укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК).

Рабочие линии ректификации

F – количество начальной смеси, поступающей в колонну [кг-моль на 1 кг-моль дистиллята]

D – количество дистиллята, вытекающего из дефлегматора [кг-моль]

W – количество кубового остатка, вытекающее из нижней части колонны [кг-моль]

x_F, x_D, x_W – содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и остатке [массовые или мольные доли].

G_F,G_D,G_W – массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка.

G_R - массовый или мольный расход жидкости в верхней части колонны, выше питания.

Ур-я рабочих линий:

А) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны (АВ)

y = x∙R/(R+1) + x_D/(R+1)

Б) нижней (исчерпывающей) части колонны (АС)

y = x∙(R+F)/(R+1) – x_W∙(F-1)/(R+1)

R = G_R/G_D – флегмовое число

F = G_F/G_D = (x_D - x_W)/(x_F - x_W) – относительный мольный расход питания (на 1 кмоль дистиллята)

Флегмовое число и его определение

Минимальное флегмовое число R_МИН в ректификационной колонне непрерывного действия, когда кривая равновесия не имеет точек перегиба, определяют по уравнению:

R_МИН = (x_D – y_F*)/(y_F* – x_F)

y_F* - мольная доля легколетучего компонента в паре, равновесном с жидкостью питания.

Рабочее (действительное) число флегмы:

R = ϕR_МИН

ϕ > 1 – коэффициент избытка флегмы.

При расчетах ректиф. колонн рабочее число флегмы часто определяют по формуле:

R = 1,3∙R_МИН + 0,3

Если на кривой равновесия имеется впадина, то величину определяют графическим путем.

Для определения R_МИН из точки А проводим касательную АВ к кривой равновесия. Касательная АВ отсекает на оси ординат отрезок, значение которого – неравновесная концентрация легколетучего компонента в паре (y). Подставляя в уравнение y = x_D/(R_МИН+1), откуда R_МИН = (x_D – y)/y.

---

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 686; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!