* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

629 РЕКТИФИКАЦИЯ н к к н 630 теоретич. т а р е л о к и у с т а н о в л е н н о й н а д д и с т и л л я ц и о н ным к у б о м , н а с а м у ю в е р х н ю ю т а р е л к у п о с т у п а е т жидкость с преимущественным содержанием низко­ к и п я щ е г о к о м п о н е н т а б и н а р н о й смеси (х молъ/молъ). В о с х о д я щ и й поток п а р а , о б р а з у ю щ и й с я в д и с т и л л я ц и о н н о м к у б е , с о д е р ж и т оба к о м п о н е н т а , п р и ч е м к о н ­ центрация низкокипящего компонента равна у молъ/молъ. Н а п е р в о й (самой н и ж н е й ) т а р е л к е у х о ­ д я щ и е п а р и ж и д к о с т ь и м е ю т р а в н о в е с н ы е составы у и х и в з а и м о д е й с т в и е ф а з п р е к р а щ а е т с я . П р и этом ф а з ы р а з д е л я ю т с я и п а р , п р о й д я через в т о р у ю т а р е л ­ к у , п о к и д а е т ее с к о н ц е н т р а ц и е й низкокипящего к о м п о н е н т а г/ , а н а э т у т а р е л к у п р и т е к а е т ж и д к о с т ь неравновесного состава х . Н а в т о р о й т а р е л к е снова н а с т у п а е т ф а з о в о е р а в н о в е с и е , п а р и ж и д к о с т ь дос­ т и г а ю т р а в н о в е с н ы х к о н ц е н т р а ц и й (у и х ) и у х о д я т на с л е д у ю щ и е т а р е л к и : п а р на т р е т ь ю , ж и д к о с т ь н а п е р в у ю ; п р и достаточном ч и с л е т а р е л о к п а р н а выходе из р е к т и ф и к а ц и о н н о й к о л о н н ы будет с о с т о я т ь п р а к ­ т и ч е с к и из одного н и з к о к и п я щ е г о к о м п о н е н т а (у =^1). Т а к и м о б р а з о м , п о с т у п а ю щ и е на к а ж д у ю тарелку потоки пара и жидкости неравновесны друг другу, в р е з у л ь т а т е чего м е ж д у н и м и п р о и с х о д и т массо- и теплообмен: п а р о б о г а щ а е т с я н и з к о к и п я щ и м компо­ нентом (темп-ра п а р а п а д а е т ) , а ж и д к о с т ь — в ы с о к о к и п я щ и м к о м п о н е н т о м (ее т е м п - р а п о в ы ш а е т с я ) . Д л я п о л у ч е н и я на в ы х о д е и з р е к т и ф и к а ц и о н н о й к о л о н н ы п а р а , с о д е р ж а щ е г о п р а к т и ч е с к и чистый низко к и п я ­ щ и й к о м п о н е н т р а з д е л я е м о й смеси, н е о б х о д и м к о н ­ т а к т п а р а в этом месте с ж и д к о с т ь ю п р и м е р н о того ж е состава. Такой жидкостью я в л я е т с я флегма, возвра­ щ а ю щ а я с я на в е р х н ю ю тарелку колонны из конденсатора. п г 2 х 3 3 3 2 к т р а ц и й ( у и у и л и х и х ) и о т ф л е г м о в о г о ч и с л а R. С у в е л и ­ ч е н и е м R ч и с л о п о т р е б н ы х т а р е л о к ( п ) у м е н ь ш а е т с я . Д л я иде¬ альных смесей, у к-рых коэфф. относительной летучести а = c o n s t (отношение давлений паров обоих компонентов при темп-ре кипения смеси), возможно аналитич. определение п . Флегмо­ вое число R во многом характеризует экономичность процесса Р . С увеличением R увеличивается количество паров, образую­ щихся в кубе-испарителе колонны: D = W + n = n (R + i) С количеством образовавшихся паров связаны расход тепла в кубе и р а с х о д о х л а ж д а ю щ и х средств (воды, холодиль­ ного рассола и т. д.) в конденсаторе. Предельными значениями R являются: 1 ) R = C O H I J = 0 (колонна работает без отбора дистиллята), когда рабочая линия совпадает с диагональю диаг­ р а м м ы у — х ; п р и э т о м п м и н и м а л ь н о ; 2) R = R^^ ^ к о г д а р а ­ бочая линия пересекает линию равновесия в точке с абсциссой X i , соответствующей составу исходной смеси; в этом случае для разделения требуется бесконечно большое п. & Минимальное значение флегмового числа МИИ. У 1 х — Х (4) где у — к о н ц е н т р а ц и я н и з к о к и п я щ е г о к о м п о н е н т а в паре, рав­ новесном жидкости состава х. Н а практике ректификационные колонны работают с флегмовым числом R ~ R о , где о — коэфф. избытка флегмы, п р и н и м а е м ы й ч а щ е в с е г о в п р е д е л а х 1,25—3 ( а в о т д е л ь н ы х с л у ч а я х и выше). Оптимальное значение R определяется экономич. соображениями, исходя и з того, что с ростом о умень­ шается стоимость колонны, но возрастают эксплуатационные затраты, и наоборот. х м и н Наиболее удобной для анализа процесса Р. и для определения требуемого числа теоретич. тарелок при заданной степени раз­ деления жидких смесей является диаграмма у — х ( с м . р и с . 4), о п и с ы в а ю щ а я зависимость м е ж д у равно­ весными молярными кон­ ц е н т р а ц и я м и п а р о в о й (у) и ж и д к о й (х) ф а з . В и д к р и в о й равновесия в этой диаг­ рамме существенно зависит Р и с . 4. Д и а г р а м м а у — х : 1 — р а ­ от с в о й с т в ж и д к и х с м е с е й , б о ч а я л и н и я ; 2 — л и н и я равнове­ к-рые м о г у т быть гомоген­ ными (при неограниченной сия; 3 — теоретич. тарелка. взаимной растворимости компонентов) и л и гетерогенными (при частичной взаимной растворимости компонентов). Н а элементарной поверхности к о н т а к т а ф а з d,F о б о г а щ е н и е п а р о в о й ф а з ы н и з к о к и п я щ и м к о м п о н е н т о м Ddy р а в н я е т с я о б е д н е н и ю ж и д к о й ф а з ы Wdx, поэтому: Ddy=Wdx (1) В у р - н и и (1) п р и н я т о , ч т о м о л я р н ы е п о т о к и ф а з (D — п а р о в о й и W — ж и д к о й ) п о высоте а п п а р а т а п о с т о я н н ы . Отсюда D (y -y)=W(x -x) K H (2) где у и х — концентрации пара сечении колонны. При полной колонны паров у н~ д& ^ х х 3 и жидкости в произвольном конденсации выходящих и з УР" (2) с л е д у е т : Н И Я R + i R R +1 (3) г д е R = Wjn — ф л е г м о в о е ч и с л о , а П = D — W — к о л и ч е с т в о отбираемого дистиллята. У р - н и е (3) в д и а г р а м м е у — х п р е д с т а в л я е т п р я м у ю , н а з . рабочей линией ( р и с . 4). В диаграмме у — х теоретич. тарелка представляет собой треугольник, построенный между рабочей линией и кривой равновесия (заштрихованный треугольник). При концентрации низкокипящего компонента в кубовой жид­ кости х и дистилляте х число теоретич. тарелок, необходимых 0 д Различают периодич. и непрерывную Р . П р и п е р и ­ одической Р. вся разделяемая жидкость загру­ ж а е т с я в к у б колонны одновременно. По мере отбора дистиллята кубовая жидкость обедняется низкок и п я щ и м и к о м п о н е н т а м и . Б с в я з и с этим д л я п о л у ­ ч е н и я д и с т и л л я т а п о с т о я н н о г о состава ( я = const) необходимо н е п р е р ы в н о у в е л и ­ чивать флегмовое число R (ра­ бочая линия приближается к д и а г о н а л и ) , в с л е д с т в и е чего п р и том ж е ч и с л е т е о р е т и ч . т а р е ­ лок, несмотря на непрерывное обеднение к у б о в о й жидкости, дистиллят сохраняет постоян­ ный с о с т а в . П р и п е р и о д и ч . Р . в о з м о ж н а работа и п р и R = —const, но тогда в п о л у ч а е ­ мом д и с т и л л я т е будет н е п р е ­ рывно падать концентрация низкокипящих компонентов; в результате процесса при R = = const п о л у ч а е т с я дистиллят средней к о н ц е н т р а ц и и ( я ) д . При н е п р е р ы в н о й Р. (рис. 5) и с х о д н а я смесь с к о н ­ Рис. С а кт ­ ц е н т р а ц и е й н и з к о к и п я щ и х к о м - к а ц и о 5.н о й х е м о л ор ен ы и ф и ­ н к н не прерывного действия: 2 — п о н е н т о в х п о с т у п а е т н а одну к ; е из п р о м е ж у т о ч н ы х т а р е л о к к о - ф у б - и сап а р и т е л ь — 2 о—д д н ­ легм тор; 3 к н е ­ лопны, дистиллят постоянного сатор; 4 — у к р е п л я ю щ а я 5 — отгонная состава х н е п р е р ы в н о отво­ к о л о н н а ; колонна. д и т с я из к о н д е н с а т о р а , а обед­ ненная низкокипящими компо­ н е н т а м и ж и д к о с т ь состава х — из к у б а . Местом ввода смеси к о л о н н а н е п р е р ы в н о г о д е й с т в и я д е л и т с я на в е р х н ю ю и н и ж н ю ю части. В верхней части ( у к р е п л я ю щ а я к о л о н н а ) п р о и с х о д и т у к р е п л е н и е (обо­ гащение) паров низкокипящими компонентами, а в нижней (отгонная колонна) происходит отгонка низ­ кокипящих компонентов из стекающей жидкости. д for д с р е Н > х д 0 для осуществления заданного процесса разделения, опреде­ ляется ступенчатым построением м е ж д у кривой равновесия и рабочей линией (по числу треугольников). Ч и с л о теоретич. тарелок п, характеризующее трудность разделения смеси, за­ висит от к о н ф и г у р а ц и и л и н и и р а в н о в е с и я , д и а п а з о н а к о н ц е н ­ Д л я отгонной части колонны соотношение м е ж д у концен­ трациями низкокипящего компонента в стекающей жидкости (х) и в о с х о д я щ е м п а р е ( у ) в л ю б о м с е ч е н и и у с т а н а в л и в а е т с я соотношением: х R (5) У = ~ йп-1 йп-1 0 где R — флегмовое число отгонной колонны, выражающее количество стекающей жидкости на единицу отводимой кубовой жидкости. Q