Ректификация. Теоретический материал. Ректификационные колонны. Теоретическая тарелка. Пропускная способность колонны, страница 2

Эффективность колонны в разделении двухкомпонентной смеси можно оценить с помощью номограммы. Номограмма связывает минимальное число ТТ (n), разность температур кипения компонентов смеси (Dt) и эффективности разгонки, которая выражается содержанием низкокипящего компонента в дистилляте в мольных процентах. В номограмме приняты три степени эффективности: 90.0%; 99.0% и 99.9% соответственно. Для определения ЧТТ задают одну из степеней эффективности (т.е. содержание низкокипящего компонента в дистилляте), определяют разность температур кипения компонентов смеси и по ним входят в номограмму. Для этого строят перпендикуляр к оси разницы температур до точки пересечения его с линией заданной эффективности и, проведя горизонталь к оси ординат, находят минимальное ЧТТ.

Ход работы

1. Для определения состава фракций, отбираемых в ходе работы, используют калибровочный график, выражающий зависимость содержания компонента во фракции от ее показателя преломления. Для двойных смесей веществ, починяющихся правилу аддитивности, эта зависимость имеет линейный характер. Если нет уже готового графика, его строят, определив показатели преломления для индивидуальных веществ (100% объемных) и смеси, составленной из равных объемов (50% объемных). По трем полученным точкам проводят прямую, выражающую зависимость                  % об. = f(n_D). По графику определяют состав смеси,  поступающей на разделение, и полученного дистиллята в объемных процентах. Пересчет в мольные проценты производят по формулам:

где: X_a и X_b – содержание компонентов в смеси, % моль;

Y_a и Y_b – содержание компонентов в смеси , % объем;

r_a и r_b – плотности компонентов, г/см³;

M_a и M_b – молярные массы компонентов А и В.

2. Ректификационная колонка находится в собранном и готовом к работе состоянии. Смесь в колбе переводят в кипящее состояние, следят за величиной орошения колонки  и величиной флегмы. Колонку переводят в режим "захлебывания", после чего уменьшают нагрев колбы и выдерживают колонку в этом состоянии 10 минут, затем отбирают в приемник три пробы дистиллята.

3. Режим работы насадочных ректификационных колонн сложнее чем тарельчатых. Приблизительным способом расчета характеристик работы лабораторной ректификационной колонны является графический способ, позволяющий построить рабочие линии верхней и нижней части ректификационной колонны и определить флегмовое число R  и приблизительное число теоретических тарелок.

Для этого на кривой равновесия системы спирт/вода на оси абсцисс отмечают точки, отвечающие содержанию спирта в исходной смеси и дистилляте. Через эти точки проводят линии параллельные оси ординат. Соединяя точку пересечения линии, отвечающей составу дистиллята, с диагональю с точкой пересечения линии, отвечающей составу разделяемой смеси, с кривой равновесия получают рабочую линию укрепляющей части колонны. Эта прямая отсекает на оси ординат отрезок у = Х_р/(R + 1), по величине которого вычисляют флегмовое число (R).

Число теоретических тарелок для  колонны определяют, вписывая ступеньки между рабочей линией и кривой равновесия. Начинают от точки а, отвечающей составу дистиллята и заканчивают точкой в, отвечающей составу исходной смеси.

Таблица 13 - Состав пара и температуры кипения системы этиловый спирт – вода