Описание процесса ректификации. Ректификация

1. 
   Описание процесса ректификации.
   

Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы составляющих веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.
Возможность разделения жидкой смеси на составляющие её компоненты ректификацией обусловлена тем, что состав пара, образующегося над жидкой смесью, отличается от состава жидкой смеси в условиях равновесного состояния пара и жидкости.
Сущность процесса ректификации рассмотрим на простейшем примере разделения двухкомпонентной смеси, как и в случае нашего задания по курсовому проектированию, где требуется спроектировать ректификационную установку для разделения смеси «бензол-толуол». При ректификации исходная смесь делится на две части: часть, обогащенную легколетучим компонентом (ЛЛК), называемую дистиллятом, и часть, обедненную ЛЛК, называемую кубовым остатком.
Обозначим: Gf – количество смеси, поступающей на ректификацию;
Gp – количество поступающего дистиллята;
Gw – количество получающегося кубового остатка;
Xf, Xp, Xw – содержание ЛЛК в исходной смеси, дистилляте и
кубовом остатке соответственно.
Тогда материальный баланс разделения:

• 
  для всей смеси:
  

Gf = Gp + Gw;

• 
  для легколетучего компонента в смеси:
  

Gf*Xf = Gp*xp + Gw*Xw.
Обычно ректификационный аппарат состоит из двух частей: верхней и нижней, каждая из котрых представляет собой организованную поверхность контакта фаз между паром и жидкостью.
В нижней части исходная смесь взаимодействует с паром, начальный состав которого равен составу кубового остатка. Вследствие этого из смеси извлекается легколетучий компонент.
В верхней ступени пар начального состава соответствующий составу исходной смеси, взаимодействует с жидкостью, начальный состав которой равен составу дистиллята. Вследствие этого пар обогащается легколетучим компонентом до требуемого предела, а менее летучий компонент извлекается из паровой фазы.
Пар для питания ректификационной колонны получается многократным испарением жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость – многократной конденсацией пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.
Рассматривая взаимодействие пара и жидкости в колонне, принимается допущение:

1. 
   Мольные теплоты испарения компонентов одинаковы, поэтому каждый кмоль пара при конденсации испаряет соответственно кмоль жидкости и, следовательно, мольный поток пара, движущегося снизу вверх, одинаков в любом сечении аппарата.
   
2. 
   При конденсации пара в конденсаторе не происходит изменения состава пара, и, следовательно, состав пара, уходящего из колонны, равен составу дистиллята: Xp = Yp.
   
3. 
   При испарении жидкости в нижней части аппарата не происходит изменения ее состава, и, следовательно, состав пара, образующегося в испарителе, равен составу кубового остатка: Xw = Yw.
   

Полученный в конденсаторе дистиллят делится на две части. Одна часть направляется обратно в колонну – флегма, другая является отбираемым продуктом – дистиллят. Отношение количества возвращенного в колонну дистиллята (флегмы) к количеству дистиллята, отобранного в виде продукта – называется флегмовым числом R.
Количество пара, полученного в нижней части колонны, и проходящего по ней, равно:

при D = R + 1.

Это равенство доказывает, что разделение смеси при ректификации возможно в результате взаимодействия потоков пара и жидкости в колонне, при кратности испарения равной R + 1, и кратности конденсации, равной R.
Флегмовое число:

Уравнения рабочих линий для верхней и нижней частей ректификационной колонны соответственно:







Эти уравнения связывают составы в паре (Y) и жидкости (X) в любом произвольном сечении в соответственно укрепляющей и исчерпывающей частях колонны.

2.