Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

в флегме, стекающей с нижней тарелки укрепляющей колонны, или что то же, хк — содержание н. к. к. в жидкости, кипящей на верхней тарелке колонны истощения, на которую подается исход­ ная смесь. В этом случае число тарелок, необходимых для пере­ гонки, равно бесконечности, как это видно из рис. 205. Если уменьшить число и, перегонка в заданных пределах уже невоз­ можна, так как при построении рабочей линии она пройдет вы­ ше точки N и в эту точку нельзя попасть. Измерив отрезок В 0, можно определить минимальное флегмовое число из уравнения

В 0= - х ° ;

t ’M H H + l

Выведем уравнение для определения иМИн аналитическим пу­ тем. Из уравнения

у , XD

у== V + 1 + 7 + 7

вытекает

l) = wc + *D;

y v + y = v x + x D;. yv — xv = xD— у

и

При v = vMWUх = хм. Это значит, что хм — содержание н. к. к. на питающей тарелке, соответственно у = ум. Здесь ум — содер­ жание н. к. к. в парах, равновесных с этой жидкостью (рис. 206). Следовательно,

Следует иметь в виду, что уравнение (371) применимо для системы этиловый спирт — вода не во всех случаях из-за седло­ образной кривой равновесия. Для этой смеси лучше пользовать­ ся уравнением (369).

Минимум флегмы соответствует бесконечному числу тарелок и минимальному их укрепляющему эффекту.

На образование паров, при конденсации которых в дефлегма­ торе образуется флегма, затрачивается тепло. Поэтому чем мень­ ше v, тем меньше расход тепла в аппарате. Из этого следует, что минимум флегмы соответствует минимальной затрате энергии на ректификацию.

Во время работы колонны при ц= оо аппарат не производит продукта: D —0. Такой режим работы, когда все пары, поступа­ ющие из колонны, конденсируются в дефлегматоре и возвраща­

325

ются в колонну, называется «задержкой», или работой колонны «на себя».

Задержка способствует концентрации н.к. к. на тарелках ко­ лонны. После окончания задержки этот компонент «выбрасывает­

г) Влияние температуры на процесс ректификации

Все сделанные ранее построения относились к случаю, когда смесь, питающая колонну, поступает при температуре кипения на питательной тарелке. В действительности же питающая жид­ кость часто поступает при более низкой температуре. Реже жид­ кость имеет температуру, превышающую температуру кипения на питающей тарелке.

Рассмотрим первый случай. В этом случае на приемной тарел­ ке питающая жидкость нагревается до температуры кипения за счет конденсации части паров, поступивших с нижележащей та­ релки. Это приводит к увеличению количества жидкости, стека­ ющей с приемной тарелки.

Обозначим температуру смеси, поступающей в колонну, tu температуру кипения на приемной тарелке через i2, теплоемкость 1 кмоля смеси

ьм = сМ„

где с— теплоемкость, Дж/(кг-К); М й— молекулярная масса смеси.

Чтобы учесть увеличение количества жидкости на питающей тарелке за счет подогрева, при построении рабочей линии коли­

чество смеси М умножим на коэффициент К. Определим значе­ ние этого коэффициента.

Для нагрева до кипения 1 кмоля недогретой смеси потребует­ с я тепла (в Дж)

см ( {2 ~ {i) + iMor-

1 кмоль конденсирующихся паров, поступающих на приемную тарелку снизу, отдает М0г (в Дж) тепла. Таким образом,

см ( (2 ~~ ^l) + МоТ

М 0 г

где г — теплота испарения смеси, Дж/кг.

Умножив М на К, получим количе­ ство жидкости, сте­ кающей с приемной тарелки. Следова­ тельно, в колонне истощения количе­ ство стекающей жидкости

Если принять у = х, т. е. для точки, лежащей на диагонали, из уравнения (373) следует, что х = у = хм.

Эта точка лежит на пересечении диагонали графика и перпен­ дикуляра, восстановленного из точки хм (рис. 207).

х

Если принять у = 0, то х — ~j(~-

Следовательно, вторая точка рассматриваемой линии лежит

Как видно из рис. 207, чем больше К, т. е. чем больше недогрев смеси, тем больше рабочая линия колонны истощения откло­ няется от вертикали.

327

Приме р. Определить минимальное флегмовое число для ректификационной колонны непрерывного действия при следу­ ющих условиях.

Поступающая на перегонку смесь содержит 5% мол. спирта и 95% мол. воды. Содержание спирта в дистилляте xD =

=85% мол. Коэффициент избытка флегмы п — 1,5.

Решение . По'уравнению (371) находим минимальное

флегмовое число:

85 — 33,06

Гмин“ 33,06 - 5,0 _ 1 , 8 5 ’

где 33,06 — содержание спирта в парах, полученных из исход­ ной смеси состава хм = 5% мол. (см. Приложе­ ние X).

Рабочее флегмовое число ор = 1,5-1,85 = 2,77.

Полученную величину оМив проверим графически. Для это­ го воспользуемся кривой равновесия для системы этанол—во­ да и произведем построение, показанное на рис. 206.

Построенная таким образом рабочая линия не пересекает кривой равновесия. Следовательно, величина имин, полученная аналитически, приемлема.

5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АППАРАТОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

В начале цикла куб ректификационного аппарата периодиче­ ского действия наполняется поступающей на ректификацию смесью. В процессе ректификации процентное содержание н. к. к.

Рис. 208. Изображение хода перегонки в периодически действую­ щем аппарате:

а — при r=const, б — при хр —const.

в кубе непрерывно уменьшается. Поэтому если флегмовое число v остается постоянным, то содержание н. к. к. в дистилляте не­ прерывно падает. Колонна аппарата периодического действия является колонной укрепления, поэтому графическое изображе­

328

ние в каждый отдельный момент процесса ректификации в аппа­ рате периодического действия подобно изображению процесса

ваппарате непрерывного действия (см. рис. 194 и 195).

Впоследовательные по времени моменты перегонки рабочие

линии будут смещаться вниз, сохраняя один и тот же угол накло-

остается постоянным, так как v = const.

На рис. 208, а изображен этот процесс графически. Из рисун­ ка видно, что по мере протекания ректификации xDуменьшается. Если необходимо получить дистиллят с постоянным содержанием и. к. к. в течение всего периода работы аппарата, то по мере уменьшения процентного содержания и. к. к. в кубе увеличивают флегмовое число. Практически это может быть достигнуто при: увеличении количества флегмы f, уменьшении количества дистил­ лята D, одновременном увеличении / и уменьшении D.

Последовательное положение рабочих линий за время отбора дистиллята показано на рис. 208, б.

6.МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Для составления материального и теплового балансов вос­ пользуемся следующим приемом. Мысленно заключим колонну в замкнутый контур (рис. 209) и рас­ смотрим, что входит и выходит из контура.

а) Материальный баланс

Приход в (кг/ч):

1)поступающая на перегонку жид­ кость М\

2)греющий пар Р\

3)флегма (жидкая) f = vD.

Расход (в кг/ч):

Следовательно,