Лекция №15
Мнимальное флегмовое число
Анализ положения рабочих линий в зависимости от величины флегмового числа позволяет найти пределы изменения значений R и его выбор для оптимальной организации процесса. Практически флегмовое число не бывает задано, и его нужно правильно выбрать. Это особенно важно при больших производительностях установки.
Точка пересечения рабочих линий (точка b на рис. 3.17) зависит от величины 
, которая изменяется с изменением R (так как 
).
Эта точка может перемещаться по вертикали, выходящей из точки с координатой на абсциссе 
, в интервале отрезка 
. Пересечение рабочих линий в точках b2 и b3 невозможно. Поясним, почему.
В одном случае (точка b2) рабочая линия пересекает линию равновесия, что невозможно, поскольку при ректификации 
< 
.
В другом случае пересечение рабочих линий в точке b3 невозможно потому, что при этом концентрация НК в паре была бы выше, чем в жидкой фазе, а при перегонке этого не может быть. Вот почему линии рабочих концентраций могут пересекаться по линии xF только между диагональю и равновесной линией, т.е. только по линии .
При пересечении рабочих линий в точке 
рабочие концентрации равны равновесным, что возможно только при бесконечно большой поверхности массопередачи, так как при этом 
. В этом случае (линия 
на рис. 3.17) флегмовое число должно быть минимальным, а величина отрезка В – максимальной, т.е.
причем 
определяют графически (рис. 3. 17).
рассматриваемого случая (т.е. для условия пересечения рабочих линий в точке ) следует, что
откуда
Рис. 3.17. К построению рабочих линий на диаграмме 
Из уравнения (3.13) рабочей линии верхней части колонны для
Решая уравнение относительно 
, получим
(3.15)
При пересечении рабочих линий в точке 
на диагонали, т.е. если бы направления рабочих линий совпадали с диагональю диаграммы, отрезок на оси ординат В был бы равен 0, и тогда 
. Практически это возможно при работе колонны без отбора дистиллята (т.е. колонна работает на себя) и 
. На практике рабочие линии пересекаются в точке b и R > 
, т.е. 
(где примерное значение а = 1,1÷3), где а – коэффициент избытка флегмы. Реальное флегмовое число может быть найдено по уравнению Джилиланда
. (3.16)
Причем это значение R близко к оптимальному.
3.3.4. Тепловой баланс ректификационной установки
Тепловой баланс ректификационной колонны непрерывного действия с дефлегматором составляется для определения расхода греющего пара на процесс ректификации (рис. 3.18).
Рис. 3.18. К выводу уравнения теплового баланса
ректификационной колонны
Таким образом,
Приход теплоты:
1) с исходной смесью
;
2) с флегмой
;
3) с греющим паром в кубе
.
Расход теплоты:
1) с кубовым остатком
;
2) с парами низкокипящего компонента, уходящего из колонны,
;
3) потери теплоты в окружающую среду Qпот.
.
С учетом того, что 
, имеем (все расходы приводятся к размерности кг/с)
(3.17)
,
где 
– удельные теплоемкости кубового остатка, исходной смеси и дистиллята при соответствующей температуре, Дж/(кг×К); 
– удельная теплота конденсации пара, уходящего из колонны, Дж/кг.
Удельная теплоемкость смеси компонентов, Дж/(кг×К), определяется по уравнению
(3.18)
где 
– удельная теплоемкость чистых компонентов, Дж/(кг×К).
Удельная теплота конденсации пара rФ, Дж/кг, определяется по уравнению
(3.19)
Расход греющего пара в кубе, кг/с, находится по уравнению
(3.20)
где rп – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.
Расход греющего пара на нагревание исходной смеси в подогревателе, кг/с,
(3.21)
где 
– начальная температура исходной смеси, °С; 
– температура смеси, соответствующая температуре на питающей тарелке, °С; 
– коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду.
Находится тепловая нагрузка дефлегматора – конденсатора, Вт,
(3.22)
Расход охлаждающей воды, кг/с, в дефлегматоре определяется по уравнению
(3.23)
а в холодильнике дистиллята по уравнению
(3.24)
в холодильнике кубового остатка
(3.25)
где 
– температура дистиллята на входе и выходе из холодильника, °С; 
– температура кубового остатка на входе и выходе из холодильника, °С; св – удельная теплоемкость воды при средней температуре, Дж/(кг·К); Dt – разность температуры воды на входе и выходе из теплообменника, °С, принимается для оборотного водоснабжения 4–6 °С.