РАЗДЕЛЕНИЕ БИНАРНОЙ СМЕСИ ЖИДКОСТЕЙ РектификациЕЙ

Содержание работы

 

Ректификация – процесс разделения жидких смесей компонентов, обладающих различной летучестью. Этот процесс подобен простой перегонке, но отличается от последнего тем, что часть жидкого продукта (дистиллята) возвращается на орошение ректификационной колонны. В колонне организовывается противоточное движение этой жидкости и пара, образующегося при кипении разделяемой смеси. При их взаимном контакте происходят многократно повторяющиеся акты испарения жидкости и конденсации пара. Вследствие этого пар, достигающий конденсатор, оказывается более обогащённым легколетучим компонентом по сравнению с тем паром, что поступает в конденсатор при простой перегонке.

Та часть конденсата, что возвращается на орошение колонны, называется флегмой.

Очевидно, флегма и продукт (дистиллят) – жидкости качественно одинаковые, то есть жидкости одного и того же состава. Но эти два потока в общем случае различаются количественно. Отношение расхода флегмы к расходу продукта называется флегмовым числом:

 

,

(3.2.1)

где R – флегмовое число;

и – массовые расходы флегмы и продукта, соответственно;

и – молярные расходы флегмы и продукта, соответственно.

Качество получаемого при ректификации продукта в значительной мере определяется величиной флегмового числа.

Интенсивность процесса разделения может быть охарактеризована величиной среднего коэффициента массопередачи, например, по паровой фазе К_у, определяемого выражением:

 

,

(3.2.2)

 

где j _A – поток компонента А, перешедшего из одной фазы в другую за единицу времени;

– средняя движущая сила массопередачи;

А – площадь поверхности массообмена.

 

При ректификации поток вещества обычно выражают в молярных единицах, то есть

 

,

(3.2.3)

 

где – молярный расход компонента А, перешедшего из одной фазы в другую (компонентом А традиционно считается легколетучий компонент).

Указанный выбор единиц измерения расхода компонента А обусловлен тем, что для большинства веществ молярные теплоты испарения (конденсации) близки между собой, в силу чего молярные расходы фаз по высоте колонны можно считать постоянными. Тогда молярный расход паровой фазы в любом сечении колонны определяется выражением:

 

.

(3.2.4)

 

Поток компонента, перешедшего из одной фазы в другую:

 

,

(3.2.5)

 

где у _н и у _к – соответственно начальная (например, в нижнем сечении колонны) и конечная (например, в верхнем сечении колонны) молярная доля компонента в паровой фазе.

 

Средняя движущая сила массопередачи определяется выражением:

 

,

(3.2.6)

 

где у ^* – молярная доля компонента А в паровой фазе, равновесная с концентрацией этого компонента в жидкой фазе в произвольном сечении колонны;

у – фактическая (рабочая) молярная доля компонента А в паровой фазе в том же сечении колонны.

В аппаратах с непрерывным контактом паровой и жидкой фаз, например, в насадочных колоннах, концентрации компонентов в фазах в произвольном сечении колонны связаны соотношением:

 

,

(3.2.7)

 

где у и х – молярные доли легколетучего компонента в произвольном сечении колонны в паровой и в жидкой фазах, соответственно;

х _Р – молярная доля легколетучего компонента в продукте.

 

Концентрация компонента в смеси может быть определена каким-либо инструментальным методом, например, по косвенному параметру – оптическому показателю преломления, определяемому методом рефрактометрии.

Кроме того, как известно, жидкие смеси определённого состава имеют вполне определённую температуру кипения; таким образом, температура кипения смеси может служить косвенным показателем её состава.