Ректификация. Схема ректификационной установки непрерывного действия. Расчет ректификационных колонн

Оптимальный вариант использования тепла выбирают на основе технико-экономического расчета.

36.3. Периодическая ректификация бинарных смесей

В ректификационных установках периодического действия разделяемая смесь единовременно загружается в куб колонны и процесс ректификации ведется до получения продуктов разделения заданного состава.

Схема ректификационной установки периодического действия приведена на рис. 36.7.

Исходную смесь загружают в куб 1, снабженный нагревательным устройством. Смесь подогревается до кипения, и ее пары поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 2. Поднимаясь по колонне пары обогащаются низкокипящим компонентом НК, которым обедняется стекающая вниз флегма, поступающая из дефлегматора 3 в верхнюю часть колонны. Пары из колонны направляются в дефлегматор 3, где полностью или частично конденсируются. В случае их полной конденсации жидкость разделяется с помощью делителя 4 на флегму и дистиллят. Конечный продукт (дистиллят) охлаждают в холодильнике 5 и направляют в сборники 6 и 7. После получения заданного состава кубового остатка, его сливают и в куб загружают новую порцию разделяемой смеси.

Рисунок 36.7 – Схема ректификационной установки периодического действия:
1 – куб;  2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор; 4 – делитель флегмы;

5 – холодильник; 6, 7 – сборники.

Таким образом, пар для питания ректификационной колонны образуется в результате многократного испарения жидкости, имеющей тот же состав, что и кубовый остаток, а жидкость – в результате многократной конденсации пара, имеющего состав, одинаковый с составом дистиллята.

Процессы периодической ректификации могут проводиться двумя способами: 1) при постоянном составе дистиллята (х_Р = const) и 2) при постоянном флегмовом числе (R = const).

При х_Р=const для сохранения постоянного состава дистиллята необходимо постепенно увеличивать флегмовое число R.  Увеличение флегмового числа соответствует увеличению наклона рабочей линии, которая занимает последовательно положения ав, ав₁, ав₂ и т.д.  (рис.  36.8, а), так как с увеличением R отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат , при х_Р = const уменьшается.

Рисунок 36.8 – Изображение рабочих линий процесса периодической ректификации:
а – при х_р = const ; б – при R = const

При R = const концентрация низкокипящего компонента в кубе постепенно уменьшается от до , принимая промежуточные значения  и т.д.  (рис 36.8, б).  При этом наклон рабочей линии  не зависит от концентрации.  В результате рабочая линия смещается параллельно своему первоначальному положению. Однако при всех положениях рабочей линии число единиц переноса в колонне остается неизменным.  В связи с этим изменяется во времени состав дистиллята, концентрация низкокипящего компонента в нем последовательно понижается от х_Р до , соответствующего заданному составу кубового остатка .

Расчет процесса периодической ректификации при постоянном составе дистиллята сводится к определению интервала изменений флегмового числа либо количества флегмы, которое необходимо подавать в колонну к заданному моменту времени. Для любого момента материальный баланс по низкокипящему компоненту имеет вид:

                                       ,                                    (36.14)

где F – мольное количество исходной смеси; G – количество испаряемой жидкости в каждый данный момент времени;  и х_Р – концентрации