Материальный баланс колонны

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН

К основным параметрам ректификационных колонн относят чис­ло тарелок и геометрические размеры. Для определения их на основании анализа процесса, происходящего на контактных ступе­нях, устанавливают степень обогащения фаз на каждой ступени и величину парового и флегмового потоков. Последнее дает также возможность определить энергетические затраты на проведение процесса.

Материальный баланс составляют с целью определения количе­ства получаемых продуктов. Уравнение материального баланса (рис. 6):

Рис. 6 схема материальных балансов колоны

общее

М=D+S (4)

где М, D и S — соответственно количество исходного продукта, дистиллята и остатка, кг или кмоль;

по одному из компонентов (чаще— легколетучему)

МХ_М=DХ_D+SХ_S (5)

где Х_М, Х_D, и Х_S - содержание л.л.к. соответственно в исходном продукте, дистилляте и остатке, масс.%, или мол.%.ответственно в те и остатке, мас.

Совместное решение этих уравне­ний позволяет установить связь между количеством сырья, выходом верхнего или нижнего продукта и их концентра­цией.

Уравнения материального баланса дают возможность выявить соотноше­ния между составом встречных на од­ном уровне потоков флегмы и составом пара в колонне. Для этой цели служит материальный баланс для части колонны с постоянными потоками. Материальный баланс по легколетучему компоненту для укрепляющей части колонны выше произвольного сечения (см. рис. 6):

GY_i=LX_i + DX_D, а (6)

где G и L — величина соответственно парового и жидкостного потоков в произ­вольном сечении; Y_i; и X_i — соответственно состав потоков по л.л.к. в паре и жидкости в том же сечении.

Решая уравнение (а) относительно Y_iполучим зависимость между концентрациями встречных потоков

Y_i= б (7)

Поскольку D = G — L,

Y_i= в (8)

Отношение L/G принято называть числом орошения. Оно дает возможность определять необходимую величину орошения на единицу парового потока.

Отношение L/G легко выразить через флегмовое число:

(9)

тогда уравнение (в) приводится к виду

Y_i= (10)

Для отгонной части колонны материальный баланс по л.л.к. ниже произвольного сечения II —II:

G^'* Y^'_i+ S*X_s=L^'*X_i (11)

Y^'_i= (12)

Так как

S=L'-G (13)

То

Y^'_i= (14)

При обогреве колонны открытым паром S = L', тогда

Y^'_i= (15)

Отношение G'/L' для отгонной части колонны принято называть паровым числом. Оно дает возможность определять необходимую подачу пара на единицу орошения отгонной колонны.

Уравнения (8) и (10), (14) и (15) связывают рабочие концент­рации потока пара и жидкости в колонне. Линия, построенная по этим уравнениям в координатах X —У, называется рабочей линией соответственно укрепляющей или отгонной части колонны.

Учитывая, что для водно-спиртовых смесей мольное теплосодер­жание пара и жидкости мало зависит от концентрации этанола, де­лается допущение об эквимолярности смесей, т. е. о постоянстве ко­личества молей парового G и жидкостного L потоков по высоте ко­лонны. При этих условиях уравнения рабочих линий будут уравнениями прямой, если расчет ведется в молярных процентах или в молярных долях.