Файл: Девятых Г.Г. Глубокая очистка веществ учеб. пособие.pdf

и вверху ректифицирующей части будет при этом посто­ янной величиной. Этим отношением обычно и характери­ зуют разделительную способность ректификационной колонны, разумеется, три заданных условиях проведения процесса.

Исходя из задачи глубокой очистки веществ, анализ работы ректификационной колонны будем проводить для случая, когда содержание примеси (редкого компонен­ та) в разделяемой бинарной смеси незначительно по сравнению с содержанием основного вещества, т. е. для случая разбавленных растворов. При этом можно при­ нять, что такая бинарная смесь 'близка к идеальной, что скорости потоков жидкости и пара по высоте колонны не меняются, а количества жидкости и пара в ректифициру­ ющей части постоянны.

§5. Тарельчатые колонны

Вколоннах этого типа, как уже отмечалось, ректифи­ цирующая часть содержит ряд чередующихся специаль­ ных устройств—тарелок для осуществления контакта между стекающей сверху жидкостью и идущим снизу па­ ром. В практике используется много конструкций таких

устройств. Схема действия одного из них — колпачко- Хо у,

вой тарелки—-приведена на рис. 13.

вается теоретической тарелкой (ТТ), или теоретической ступенью' (ТС).

1. Фактор разделения в стационарном состоянии и безотборном режиме

Составим уравнение материального баланса по ред­ кому компоненту для отдельной тарелки колонны в соот­

исходной смеси; у\ — мольная доля примеси в паре, поки­

центрации в паре, поступающем с соседней, нижележа­ щей i-ii тарелки.

Так как при принятой схеме очистки примесь концен­ трируется в паровой фазе, то, отождествляя реальную та­ релку в 'колонне 'С теоретической и исходя из определения теоретической тарелки, имеем

- = о. (II-19)

42

где п — число теоретичеоких тарелок в ректифицирую­

Соотношение (П-21) представляет собой видоизменен­ ную применительно к глубокой очистке веществ форму широко известного уравнения Фенске; уравнение выведе­ но независимо также Ундервудом.

Величина .F0 называется фактором разделения в без­ отборном режиме. Фактор разделения определяет разде­ лительную 'способность колонны. Чем больше величина Fa отличается от а, тем больше эффект разделения, до­ стигаемый в ректификационной колонне, по сравнению с эффектом разделения при обычном иопарении жидкости. Уравнение (П-21) наглядно отражает многоступенча­ тость процесса ректификации и большую ее эффектив­ ность по отношению к простой перегонке. В это уравнение входит величина п — число теоретических тарелок (ЧТТ). В действительности разделение, достигаемое на реальной тарелке, всегда меньше теоретического. Практически межфазовое разделение на реальных физических тарел­ ках в колонне составляет лишь долю (50—70%) от того разделения, которое соответствует теоретической тарелке и характеризуется соотношением (П-19). Эта доля носит название коэффициента полезного действия (к.п.д.) та­ релки. Из многочисленных литературных данных извест­ но, что к.п.д. тарелок различных конструкций существен­ но отличаются-друг от друга. Таким образом, для оценки разделительной способности тарельчатой колонны, поми­

мо знания величины та и числа реальных тарелок в колон- - не, необходимо знать также и величину к.п.д. этих таре­ лок при выбранных условиях проведения процесса.

Уравнение (П-21) может быть использовано для при­ ближенного определения величины а интересующей сме­ си. С этой целью вначале, с помощью разгонки стандарт­ ной смеси с известным значением коэффициента разделе­ ния, определяется ЧТТ колонны. Найдя значение F0, достигаемое при ректификации интересующей смеси на этой же колонне и при тех же условиях, т. е. положив, что величина ЧТТ данной колонны постоянна, можно по уравнению (П-21) вычислить значение а для этой смеси. Точность такого определения невелика, поскольку к.п.д. тарелки зависит от природы разделяемой смеси.

43

2. Влияние скорости отбора продукта на фактор разделения

Для колонны, работающей в отборном режиме, имеет место следующее уравнение баланса потоков:

Составляя п уравнений вида (П-27) аналогично (II-21), получим

где а' = 1 + гср = а (1 — р),

или, с учетом (П-26),

х„ + dp х0 + dp

44

Уравнение (П-31) характеризует влияние скорости отбо­ ра продукта на разделительную способность колонны. Чем больше величина р, тем меньше будет величина фак­ тора разделения F при постоянстве остальных парамет­ ров процесса. Как следует из уравнения, для соответст­ вующей оценки величины F при заданной степени отбора необходимо знать фактор разделения в безотборном ре­ жиме Fa и коэффициент разделения а данной смеси. Чис­ ленные расчетыпо уравнению (П-31) показывают, что чем больше величина а, тем меньше влияет степень отбо­ ра р на величину фактора разделения, а чем больше зна­ чение F0, тем сильнее влияет изменение величины р «а разделительную способность колонны.

Представляет интерес оценка максимального значе­ ния /7Макс для получения продукта состава хр при исход­ ном содержании примеси х0 в разделяемой смеси. Эта оценка может быть произведена графически по наклону прямой, получающейся при построении рабочей линии [уравнение (11-23)] на диаграмме равновесия жидкость — пар данной бинарной системы в интервале концентраций

кационной колонны часто оперируют величиной флегмового числа. В соответствии с (П-ЗЗ) из соотношения

45