Материальный баланс ректификационной колонны

Схема непрерывно действующей ректификационной установки

Ректификация

С помощью ректификации можно получить достаточно высокую степень разделения жидких смесей. Сущность процессов, из которых состоит ректификация, можно проследить с помощью t – x – y диаграммы.

1 – ректификационная колонна;

2 – кипятильник;

3 – дефлегматор;

4 – делитель флегмы;

5 – контактные устройства (тарелки или насадка).

Снизу вверх по колонне движутся пары, поступающие из кипятильника 2, представляющие собой практически чистый высококипящий компонент (ВК). Поднимаясь по колонне и взаимодействуя с жидкостью на тарелках пары всё более обогащаются низкокипящим компонентом (НК) и выходят из колонны в виде практически чистого НК. В дефлегматоре 3 эти пары конденсируются; в делителе флегмы 4 разделяются на 2 потока – дистиллят и флегму. Флегма подаётся на верхнюю тарелку; дистиллят удаляется. Флегма (почти чистый НК), стекая вниз по колонне, взаимодействует с восходящим потоком пара и всё более обогащается ВК. Таким образом, жидкость внизу колонны – это практически чистый ВК, поступает в кипятильник 2, делится на две части – одна в кипятильник 2, другая - в остаток. На некотором расстоянии от верха колонны вводится исходная смесь, которая подаётся на питающую тарелку при t_кип на тарелке. Питающая тарелка делит колонну на части: верхнюю – которая называется укрепляющей, и нижнюю – называется исчерпывающей.

Замечание: при расчёте ректификационной колонны количества и составы фаз выражают в мольных величинах, так как мольные теплоты испарения близки по величине, а удельные отличаются (это делается для удобства вывода).

Примем некоторые допущения.

1. Разделяемая смесь подчиняется закону Трутона, согласно которому отношение мольной теплоты испарения или конденсации r к абсолютной температуре кипения T для всех жидкостей равно постоянной величине, то есть

r_см/Т_см = r₁/T₁ = r₂/T₂ = … const

r₁ = r₂ = …, T₁ = T₂ = ….

Отсюда следует, что при конденсации 1-ого моля ВК в колонне испаряется 1 моль НК и количество паров в кмолях, поднимающихся по колонне, постоянно.

2. Состав пара, выходящего из колонны в дефлегматор 3 Y_d, равен составу дистиллята в жидкой и паровой фазе, то есть у _d = х_p = у_p.

3 Состав пара, который поднимается из кипятильника 2 в колонну, равен составу жидкости, поднимающейся в кипятильник y_w=x_w