Файл: Бушмелев, В. А. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства учебник.pdf

ее не изменяется. Это значит, что состав жидкости аналогичен составу пара и справедливо равенство y w ^ x w. Подставив в уравнение (16-12) вместо G, L и у хѵ их значения, после преобразования получим уравне­ ние рабочей линии исчерпывающей части колонны:

чества флегмы к количеству дистиллята.

Уравнение (16-13) выражает зависимость изменения рабочего со­ става паровой фазы в исчерпывающей части от состава ее жидкой фазы.

Это уравнение прямой, тангенс угла

В данном случае L = Ф, G = Р + Ф. Кроме того, допускаем, что при конденсации пара в дефлегматоре состав его не изменяется, т. е. состав пара аналогичен составу жидкости и справедливо равенство уР = Х р . Подставив значения G, L и ур в уравнение (16-14), после пре­ образований получим уравнение рабочей линии процесса для укреп­ ляющей части колонны:

Это уравнение выражает зависимость изменения текущего состава паровой фазы в укрепляющей части колонны у от текущего состава ее жидкой фазы X . Зависимость п(16-15) представляет прямую с танген-

сом угла наклона, равным —— - , которая на рис. 16-4 отсекает орди­ нату

(16-16)

R + 1

340

При х = Хр получим у = Хр — ур. Это значит, что рабочая линия пересекает диагональ в точке С с абсциссой хР, равной, как было обу­ словлено, ординате ур.

Далее необходимо найти абсциссу точки пересечения рабочих ли­ ний исчерпывающей и укрепляющей частей колонны. Ординату этой точки у можно выразить по уравнениям (16-13) и (16-15). Левые части уравнений равны, тогда равны и правые. Сократив полученное равен­

Отсюда Fx — x w (F—P) + Pxp, но из уравнения (16-10) F—P =

пересечения рабочих линий исчерпывающей и укрепляющей частей колонны соответствует составу исходной смеси xF.

Рабочая линия процесса периодической ректификации описывается уравнением (16-15).

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РАСХОД ПАРА НА РЕКТИФИКАЦИЮ

Для того чтобы определить расход пара, нужно составить тепловой баланс ректификационной колонны. Примем следующие обозначения:

Ф, F, W и Р — расход флегмы, смеси, остатка и дистиллята; іф, ір, iw и ip — их удельные теплоты;

/ — теплосодержание пара на выходе из колонны перед поступлением в дефлегматор;

/ п •— теплосодержание греющего пара; і — теплота его конденсата;

Qn — потери тепла на излучение.

Приход тепла в колонну: с исходной смесью FiF; с флегмой, посту­

Подставив сюда Ф = RP, где R — флегмовое число и W = F—Р, после преобразований получим

Здесь F (iw — iF) — расход тепла на подогрев смеси до температуры кипения;

Р ( / — iw) — расход тепла на испарение дистиллята из смеси; RP ( / — іф} — расход тепла на испарение из смеси флегмы, не­ прерывно циркулирующей между колонной и

дефлегматором.

341

Теплота каждой из этих жидкостей равна произведению теплоем­ кости на температуру, т. е. iF = cFtp; iw = cw tw; іф = сфіф. Рас­

ход тепла и пара на ректификацию уменьшается при увеличении на­ чальной температуры смеси, уменьшении флегмового числа и пони­ жении давления в колонне.

Практически исходную смесь подают в колонну подогретой до температуры кипения. С целью экономии пара для предварительного нагрева смеси используют тепло остатка.

МИНИМАЛЬНОЕ ФЛЕГМОВОЕ ЧИСЛО И АНАЛИЗ РАБОТЫ КОЛОННЫ

Величина флегмового числа R = Ф существенно влияет на ра­

Р

боту колонны. Это соотношение может изменяться в довольно боль­ ших пределах. При Р — 0, когда весь дистиллят используется в ка­ честве флегмы, колонна будет работать на-себя. В этом случае R = со. Подставив это значение в уравнение (16-16), получим Ь = 0. Это зна­ чит, что рабочая линия процесса в обеих частях колонны будет прохо­ дить через начало координат и совпадет с диагональю (рис. 16-4). С точки зрения рабочей поверхности массопередачи такое предельное положение рабочей линии самое выгодное, так как движущая сила процесса, равная разности равновесного и рабочего составов пара,

вэтом случае максимальна, а высота колонны вследствие этого будет минимальной. Однако при такой работе состав пара в любом сечении колонны у равен составу жидкости х. Это значит, что разделения смеси

вколонне не произойдет. Кроме того, колонна не выдает готового про­ дукта (Р = 0). Разумеется, так работать нельзя.

Возьмем другое предельное положение рабочей линии, когда дви­

жущая сила процесса на тарелке с исходной смесью равна нулю. В этом случае рабочая линия укрепляющей части колонны должна пересекать линию равновесия в точке, соответствующей абсциссе xF. На рис. 16-4 это точка В '. Рабочая линия укрепляющей части колонны СВ' при ее продолжении будет отсекать ординату Ь0. Если первое предельное положение рабочей линии соответствовало максимальной движущей силе и максимальному флегмовому числу R — со, то рас­ сматриваемое второе положение рабочей линии при нулевой движу­ щей силе, очевидно, будет соответствовать минимальному флегмовому числу Rmin. Из уравнения (16-16) минимальное флегмовое число равно

Величина Ь0 определяется по графикам, подобным графику на рис. 16-4.

В случае, если линии равновесия имеют форму, показанную на рис. 16-2, б, рабочая линия процесса, соответствующая минимальному флегмовому числу, проводится из точки пересечения ординаты при Хр и диагонали касательно к вогнутой части линии равновесия. Рабо­ чая линия процесса должна пересекать линию равновесия не больше одного раза.

342

по исходной смеси. Однако поскольку в сечении колонны, куда вво­ дится исходная смесь, движущая сила процесса незначительна или равна нулю, колонна будет иметь очень большую высоту. Практически работают при некоторых средних величинах флегмовых чисел. Вели­ чина рабочего флегмового числа выбирается после технико-экономи­

кацию. С уменьшением величины R расход тепла снижается, но уве­ личивается высота колонны и ее стоимость.

МАССОПЕРЕДАЧА ПРИ РЕКТИФИКАЦИИ

Эффективность тарелки ректификационной колонны, как и при абсорбции, может быть определена через число единиц переноса п0 [см. формулу (12-26)]. Для колпачковых тарелок числа единиц пе­ реноса в газовой (паровой) и жидкой фазах могут быть определены соответственно по формулам:

СХЕМЫ РЕКТИФИКАЦИИ

Разделение бинарных и многокомпонентных систем можно прово­ дить в ректификационных установках периодического и непрерывного действия.

Периодическая ректификация осуществляется в одном аппарате, независимо от числа компонентов в смеси. Отбор разных фракций про­ изводится после дефлегматора. В этом случае наряду с чистыми про­ дуктами получаются промежуточные фракции, представляющие собой смеси различных компонентов. Таким способом, например, очищают скипидар-сырец, являющийся побочным продуктом сульфатной варки.

343