Теоретические основы расчета тарельчатых ректификационных колонн

Известно два основных метода анализа работы и расчета ректификационных колонн: графоаналитический (графический) и аналитический. Существуют некоторые допущения, мало искажающие действительный процесс, но существенно упрощающие его анализ и расчет:

• 1) молярные теплоты испарения компонентов при одной и той же температуре приблизительно одинаковы, поэтому каждый кмоль пара при конденсации испаряет 1 кмоль жидкости. Следовательно, количество поднимающихся паров в любом сечении колонны одинаково;
• 2) в дефлегматоре не происходит изменения состава пара. Состав пара, уходящего из ректификационной колонны, равен составу дистиллята;
• 3) при испарении жидкости в кипятильнике не происходит изменения ее состава;
• 4) теплоты смешения компонентов разделяемой смеси равны 0.

Материальный баланс ректификационной колонны

Согласно схеме на рис. 2.15 в колонну поступает F кмоль исходной смеси, состав которой х_F в мольных долях низкокипящего компонента. Сверху из колонны удаляется G кмоль паров, образующих после конденсации флегму и дистиллят. Количество получаемого дистиллята D кмоль, его состав х_D в мольных долях низкокипящего компонента. На орошение колонны возвращается флегма в количестве Ф кмоль, причем ее состав равен составу дистиллята (х_ф=x_D в мольных долях). Снизу из колонны удаляется W кмоль остатка состава x_w в мольных долях низкокипящего компонента. Тогда уравнение материального баланса колонны имеет вид:

Ф+F=G+W (2.14).

Поскольку G=D+Ф, то.

F=D+W (2.15).

Соответственно по низкокипящему компоненту материальный баланс имеет вид:

Fx_F=Dx_D+Wx_W (2.16).

Концентрации питания, дистиллята и кубового остатка в мольных долях рассчитываются по формулам:

Питание:

(2.17).

где — мольные массы бензола и толуола.

Дистиллят:

(2.18).

Кубовый остаток:

(2.19).

Рис. 2.15. К составлению материального баланса ректификационной колонны: 1 — куб-испаритель; 2 — колонна; 3 — дефлегматор