Периодическая ректификация.

Разделяемая смесь, при осуществлении данного вида ректификации предварительно заливается в куб колонны (испаритель), доводится до кипения испаряется. Образовавшийся пар проходит через колонну, орошаемую подаваемой сверху флегмой. При взаимодействии флегмы и паровой фазы последняя обогащается легколетучим низкокипящим компонентом. Установка периодического действия работает в нестационарном режиме, то есть концентрация легколетучего компонента и в кубе во времени непрерывно уменьшается при условии, что расход флегмы постоянен.

Ректификацию можно характеризовать как совмещение процессов многократной дистилляции и многократной парциальной конденсации при противоточном контактировании потоков пара и жидкости. Сущность ректификации как явления удобно рассматривать на примере работы колонны применительно к разделению бинарной смеси. Схема ректификационного агрегата показана на рис. 2.9, а ей соответствует диаграмма t – х,у для разделяемой смеси (рис. ). Колонну 1 будем считать адиабатической: она хорошо изолирована в тепловом отношении, так что потери тепла в окружающую среду практически отсутствуют. В нижней части колонны находится куб 2 с обогревающим устройством. На выходе паров сверху колонны расположен конденсатор 3.

Схематизируем явления, происходящие при ректификации. При нагревании исходной смеси состава x_о до температуры кипения t₀ образуется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. При его конденсации образуется жидкость (конденсат) состава x₁=y₀, которая обогащена НК. Нагрев эту жидкость до температуры t₁ и сконденсировав образовавшиеся пары, получим конденсат состава x₂= y₁, причем x₂>x₁, т.е. жидкость еще больше обогащена НК.

Таким образом, повторяя многократно процессы испарения и конденсации паров, можно получить жидкость, практически состоящую из одного НК. Параллельно этому в нижней части колонны (в кубе) получаем жидкость обогащённую ВК.

Рис. 2.9. Противоточное контактирование паровой и жидкой фаз:

А) схема ректификационного агрегата (1 – колонна, 2 – обогревающее устройство, 3 – конденсатор); б) процесс ректификации на диашрамме t – х,у.

G_v – выход паров в дефлегматор, G_R – подача флегмы на орошение колонны, G_Д – отбор дистиллята.

Целью расчета процесса ректификацииявляется определениепроизводительности установки по исходной смеси или дистилляту и получение вида уравнений рабочих линий нижней и верхней частей ректификационной колонны.

Для анализа работы ректификационной колонны (рис. 2.10) необходимо составить материальные балансы потоков. Уравнения последних имеют следующий вид:

по потокам фаз (2.45):

       (2.45)

по количеству НК (2.46):

     (2.46)

Рис. 2.10. Схема потоков пара и жидкости в ректификационной колонне

1 – ректификационная колонна, 2 – обогревающее устройство, 3 – конденсатор,

G_F – подача исходной смеси, G_Д – отбор дистиллята, G_R – подача флегмы на орошение, G_W – выход кубового остатка, GV – выход паров в дефлегматор. x_F, x_Д, x_W – концентрация НК в исходной смеси, дистилляте и кубовом остатке (мольн. доли).

При расчёте ректификационной колонны необходимо знать количество ступеней изменения концентрации, которое требуется для увеличения концентрации НК от начальной x_F до концентрации дистиллята x_Д. Это количество ступеней называют так же числом теоретических тарелок n_Т. Число действительных тарелок n_Д можно определить из соотношения (2.47):

    (2.47)

где n – к.п.д. тарелки.

R – флегмовое число – отношение количества флегмы G_F, возвращаемой в колонну, к количеству отводимого дистиллята G_Д (2.48):

    (2.48)

Для проведения процесса ректификации необходимо подвести определенное количество тепла, величина которого во многом зависят от значения флегмового числа. Расход тепла находят из уравнения теплового баланса(рис. 2.11).

Рис. 2.11. К составлению теплового баланса ректификационной колонны

Тепло поступает в установку с исходной смесью Q₁ (2.49):

        (2.49)

с флегмой Q₂ (2.50):

  (2.50)

и от источника обогрева Q₃.

Тепло из колонны уходит с парами Q₄ (2.51):

          (2.51)

с кубовым остатком Q₅ (2.52):

     (2.52)

и в окружающую среду Q₆.

Из уравнения теплового баланса определяем тепло, подводимое подогревателем, приняв его потери равными 5% от Q₃ (2.53):

 (2.53)

Важным показателем работы ректификационной колонны является расход воды для конденсации паров в дефлегматоре и охлаждения дистиллята, который определяют из уравнения теплового баланса дефлегматора и холодильника (2.54, 2.55):

      (2.54)

         (2.55)

где Q_ХОЛ – тепловая нагрузка холодильника; Q_ДЕФ – тепловая нагрузка дефлегматора.

Аппараты ректификационные–аппараты для проведения процессовректификации.