Матеріальний баланс ректифікаційних колон

Аналіз роботи ректифікаційних колон

Відомо два основних метода аналізу роботи і розрахунку ректифікаційних колон: графоаналітичний (часто цей метод називають графічним) і аналітичний. Графічний метод простіше і наочніше, тому з нього і почнемо розгляд аналізу роботи ректифікаційних колон. При цьому необхідно ввести наступні основні припущення, які мало перекручують дійсний процес, але суттєво спрощують його аналіз і розрахунок:

молярні теплоти випаровування компонентів при одній і тій же температурі
приблизно однакові (правило Трутона), тому кожний кмоль пара при конденсації
випаровує 1 кмоль рідини. Тому, кількість парів (в кіломолях), що піднімаються, в будь-якому перерізі колони однакове;

в дефлегматорі не відбувається зміна складу пара. Якщо весь пар конденсується
в дефлегматорі, то це положення відповідає реальним умовам. Тому, склад пара, що
виходить з ректифікаційної колони, рівний складу дистиляту, тобто Y_р=X_p ;

при випаровуванні рідини в кип'ятильнику не відбувається зміна її складу. Тому
склад пара, який утворюється в ньому, відповідає складу кубового залишку, тобто Y_ω=X_ω ;

теплоти змішання компонентів суміші, що розділяється, рівні нулю.

При цьому перед подачею в колону суміш підігрівають до температури кипіння рідини в тому перерізі колони, в котре вона поступає.

Нехай, згідно схеми на рис. 10.2.2, в колону поступає F кмоль вихідної суміші, склад якої X_f молярних долей НК. Зверху з колони видаляється G кмоль парів, які утворюють після конденсації флегму і дистилят. Кількість дистиляту, що отримується, дорівнює Р кмоль, його склад Х_р молярних долей НК.

Тоді рівняння матеріального балансу буде:

F + Ф = G + W

Оскільки G = P + Ф, то

F = P + W (10.2.1)

Відповідно матеріальний баланс по НК:

FX_f = РХ_Р + WX_W (10.2.2)

Рис. 10.2.2. до складання матеріального балансу ректифікаційної колони: 1 - колона; 2 - куб; 3 - дефлегматор.