Уравнение рабочей линии верхней части колонны

 

Составляем баланс для контура, проходящего через произвольное поперечное сечение верха колонны и вывод дистиллята. где y, x – концентрации низкокипящего компонента, соответственно в парах и жидкости; у, х – переменные величины, зависят от выбора поперечного сечения.

Связь между рабочими концентрациями х и у линейная: .

Определяющая величина процесса ректификации – флегмовое число.

Флегмовое число – отношение расхода флегмы к дистилляту (безразмерная величина).

- уравнение рабочей линии верхней части колонны.

если х = xD , то y = xD (т.е. получаем точку D) yD = xD – точка D на диагонали, при x =0, . Точка C с абсцисой хf принадлежит рабочим линиям как верхней, так и нижней частей колонны. Точка А, где yW = xW характеризует состав остатка, т.е. точка A принадлежит рабочей линии нижней части колонны.

AC – рабочая линия нижней части колонны, (при , т.е. когда сырье подают в жидком состоянии).

 

Минимальное, рабочее и оптимальное флегмовое число

 

Если дистиллят и остаток не выводятся, сырье не подается, а циркуляция потоков продолжается, то колонна работает "на себя", а флегмовое число равно ¥. Т.е. при D = 0, .

При бесконечном флегмовом числе, когда колонна работает “на себя”, рабочие линии проходят по диагонали. При этом движущая сила, т.е. разность концентраций Δу = у_р – у становится max, а число теоретических тарелок (N) при этом min. При переводе колонны "на себя" в парах верха колонны увеличивается концентрация НКК, а в кубовой жидкости – концентрация ВКК.

Этот режим "на себя" используют для исправления брака, т.е. когда не получаются продукты нужного качества, а также при пуске установки (при выводе на рабочий режим).

При уменьшении флегмового числа точка пересечения рабочих линий перемещается по вертикали от точки С до точки С₃. Точка С₃ - предельное положение, соответствующее минимальному флегмовому числу. В точке С₃ рабочие концентрации равны равновесным, а при достижении равновесия процесс заканчивается.

- угол наклона рабочей линии.

В процессе эксплуатации фактическое флегмовое число можно установить равным минимальному (ошибка персонала). Тогда при конечном числе тарелок нужного качества продукты не получаются.

С3D –положение рабочей линии при . уD = xD , , где коэффициент избытка флегмы.

В нефтепереработке используют формулу Джиллиланда:

.

Оптимальное флегмовое число соответствует минимуму суммарных приведенных затрат на ректификацию.

Высота колонны пропорциональна числу единиц переноса (my) или числу тарелок (N) H ~ my (N), а сечение колонны (f) пропорционально (R+ 1 ), так как оно зависит от расхода паров .

Металлоёмкость и стоимость колонны зависят от объёма, а объём равен произведению площади поперечного сечения на высоту.

При стремлении флегмового числа к минимуму объем колонны стремится к бесконечности за счет высоты. С увеличением флегмового числа кривая снова уходит в бесконечность за счет сечения, т.е. на кривой имеется минимум.

Амортизационные отчисления (А) равны первоначальной стоимости оборудования, деленной на срок окупаемости. Эксплутационные затраты – это затраты на водяной пар, топливо, оборотную воду, электроэнергию для конденсатора воздушного охлаждения (КВО). ,

С увеличением количества отводимого в дефлегматоре тепла требуется увеличить подвод тепла в куб колонны так как .

С увеличением флегмового числа эксплутационные затраты (Э) увеличиваются.