Тепловой баланс ректификационной колонны.

Составим тепловой баланс колонны непрерывного действия, изображенной на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схема теплового баланса ректификационной колонны.

(3.24)

приход теплоты с теплоносителем в кипятильнике,

расход теплоты с уходящим из колонны паром,

приход теплоты с исходной смесью,

расход теплоты с уходящим из колонны кубовым остатком,

приход теплоты флегмой

потери тепла в окружающую среду.

C учетом того, что ( )

, имеем

(3.25)

Решив (3.25) относительно получим :

(3.26)

Здесь: - теплота испарения флегмы,

- теплота на испарение дистиллята,

- теплота на обогрев кубового остатка от температуры исходной смеси, до температуры остатка.

Расход греющего пара в кипятильнике определяется по формуле:

, (3.27)

где r- теплота парообразования греющего пара.

Потери тепла в окружающую среду при наличии тепловой изоляции, обычно, невелики и составляют 3-5% от полезной нагрузки кипятильника.

Расход теплоты на ректификацию велик. Поэтому необходимо предусмотреть рекуперацию части тепла.

3.5 Периодическая ректификация

Ректификационные установки периодического действия используются преимущественно в малотоннажных производствах.

Исходную смесь загружают в куб и подогревают до кипения. Образующиеся в кубе пар, поднимаясь по колонне, обогащается НК в результате контакта со стекающей вниз флегмой, которая по мере движения к кубу обогащается ВК. Пары из колонны отводится в дефлегматор, где они конденсируются (полностью или частично). Жидкость в кубе постепенно обогащается ВК, теряя НК, который уносится паром. После достижения заданного состава кубовый жидкости, что можно установить по температуре кипения, ее сливают, а в куб загружают новую порцию исходной смеси (рис.3.18)

Таким образом, колонна работает в режиме укрепляющей части, роль исчерпывающей части играет куб.

Рис.3.18. Схема установки периодической ректификации:

1 – куб – испаритель, 2 – ректификационная колонна, 3 – дефлегматор, 4 – делитель флегмы, 5 – холодильник дистиллята, 6 – сборник дистиллята, 7 – холодильник кубового остатка, 8 – сборник кубового остатка.

Периодическую ректификацию можно провести двумя способами:

- при постоянном флегмовом числе (R=const)

- при постоянном составе дистиллята ( =const)

Случай R=const. Поскольку ввод питания в колонну отсутствует ,то расходы жидкости и пара по высоте колонны не изменяются, что обуславливает единственную рабочую линию, соответствующую рабочей линии верхней части колонны непрерывного действия. Отличие будет заключаться в уменьшении состава дистиллята с течением времени , что приводит к параллельному переносу рабочей линии вниз для каждого последующего момента времени (рис.3.19 и рис.3.20) .

Рис.3.19. Рабочие линии и линия Рис.3.20. Зависимость состава

равновесия для периодической дистиллята от состава

периодической ректифика- кубовой жидкости.

фикации при R=const.

Между рабочими линиями и линией равновесия вписываются прямоугольные треугольники, определяющие количество теоретических ступеней (тарелок).

Случай х_D = const. Количество флегмы по мере уменьшения содержания НК в кубе должно постепенно возрастать. Поэтому для проведения этого процесса требуется управляющие автоматизированные системы.

Рис.3.21. Рабочие линии и ли- Рис.3.22. Определение рабочего

ния равновесия для перио- флегмового числа в зависимости

дической ректификации при от состава кубовой жидкости.

х_D = const.

На рис.3.21 рабочие линии построены для различных значений R. По этим данным строится зависимость (рис.3.22).

Установка для проведения процесса аналогична изображенной на рис.3.18. Только отпадает необходимости в нескольких сборниках дистиллята.

Зависимости и строятся на основе уравнений материального баланса.

3.6. Ректификация многокомпонентных смесей.

Если в составе многокомпонентной смеси k компонентов, то количество аппаратов для их разделения N=k-1. (с последнего аппарата снимается дистиллят и кубовый остаток). При этом каждая колонна простая (рис.3.23).

Рис.3.23. Схема установок для ректификации 3-х компонентных смесей.

Если не требуется четкого разделения исходной смеси на составляющие компоненты, а достаточно получать фракции определенного состава, то процесс можно осуществлять в одной колонне, отбирая по ее высоте нужные фракции компонентов. Такая колонна называется сложной.