Однократная дистилляция

Однократную дистилляцию можно проводить как непрерывно, так и периодически. Рассмотрим непрерывный способ проведения процесса, наиболее часто реализуемый в промышленности. Исходная жидкая смесь состава x_F с мольным расходом поступает в испаритель 1 (рис. 14.8), где частично испаряется и переходит в сепаратор 2, служащий для разделения паровой и жидкой фаз. Из сепаратора отводится кубовый остаток состава x_W с расходом и пары, полностью конденсирующиеся в конденсаторе 3 с образованием жидкого дистиллята состава x_D и расходом .

Рис. 14.8. Схема установки для непрерывной однократной дистилляции: 1 испаритель; 2 сепаратор; 3 конденсатор

Запишем уравнения материального баланса для смеси в целом и для легколетучего компонента

, (14.15)

. (14.16)

Поскольку удаляющийся пар находится в равновесии с кубовым остатком, а вследствие полной конденсации составы пара и дистиллята одинаковы, то систему уравнений (14.15), (14.16) можно дополнить уравнением равновесия, коэффициент распределения m в котором находится из уравнений (14.8), (14.10)

. (14.17)

Система уравнений (14.15) (14.17) позволяет при заданных давлении p или температуре Т, связанных соотношением (14.13) по известным и x_F, а также определять составы дистиллята x_D и кубового остатка x_W, а также расход последнего . В качестве заданной величины вместо в зависимости от постановки задачи может выступать одна из следующих: x_D, x_W, . Следует иметь ввиду, что эти величины нельзя задавать произвольно. Из (14.15) следует естественное ограничение . Составы продуктов однократной дистилляции также должны находиться в пределах, которые можно установить, преобразуя уравнения (14.15) (14.16) к виду

, (14.18)

, (14.19)

, (14.20)

где e доля отгона, то есть доля дистиллята, образующаяся из исходной смеси. При e ®1 из (14.18) , а из (14.16) . При e ®0 из (14.19) , а из (14.16) . Таким образом, составы продуктов однократной дистилляции находятся в пределах: , . Проиллюстрировать изменение состава продуктов однократной дистилляции в зависимости от доли отгона e можно на T x y диаграмме (рис. 14.9). Кроме того, из рис. 14.9 видно, что с увеличением доли отгона возрастает температура кипения смеси.

Рис. 14.9. Составы продуктов однократной дистилляции при различных значениях доли отгона e: x_W, x_D (0< e <1); (e =0); (e =1)

Для определения расхода теплоты, который необходимо подвести к испарителю при проведении процесса однократной дистилляции, следует записать уравнение теплового баланса

, (14.21)

где тепловая нагрузка испарителя; , Дж/моль удельные мольные энтальпии исходной смеси, кубового остатка и образующегося пара, соответственно.

Процесс перегонки требует большого расхода теплоты, который затрачивается на нагрев и испарение исходной смеси. Часть этой теплоты может быть утилизирована, для чего в схему установки включают холодильники дистиллята и кубового остатка (см. рис. 14.19). Нагретая в них, а также в конденсаторе 3 охлаждающая вода может быть использована для предварительного подогрева исходной смеси и других нужд.

Процесс однократной дистилляции можно проводить и периодически. При этом все рассуждения, приведенные выше сохраняются, а величины с точками сверху, означающие отнесение к единице времени, заменяются на аналогичные, но без точек, характеризующие не расходы, а количество.