ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение числа теоретических ступеней разделения по методу Мак-Кэба и Тиле для смесей с кривыми равновесия, имеющими точку перегиба и азеотропную точку из "Руководство по лабораторной перегонке" Как уже было отмечено в гл. 2, с разработкой большого числа различных ректификационных колонн возникла необходимость сравнительной оценки их разделяющей способности. Под разделяющей способностью колонны подразумевают количество дистиллята определенной концентрации, полученное в единицу времени из смеси определенного состава при заданных условиях ректификации . [c.93] НЫХ разгонок, и делали качественный вывод, например о том, что разделяющая способность зависит от высоты колонны и ее нагрузки. [c.94] Более точные сведения о разделяющей способности получают путем измерения какой-либо физической характеристики дистиллята, например показателя преломления, и затем построения графика зависимости этого показателя от количества отогнанного дистиллята. Одна лишь температура кипения вещества не является однозначным критерием степени его чистоты. Эти методы оценки разделяющей способности вполне пригодны для сравнения различных колонн, но не дают возможности заранее рассчитать размеры колонны и параметры ректификации, обеспечивающие заданную степень разделения. Поэтому для характеристики разделяющей способности были предложены следующие показатели выход дистиллята определенной степени чистоты [130] количество промежуточной фракции, ограниченной двумя концентрациями дистиллята наклон кривой разгонки на промежуточном участке [131] число конечных ступеней [132]. [c.94] Оба последних показателя можно рёкоменДойагь Длй оценкИ разделяющей способности при периодической ректификации бинарных смесей. Было введено понятие полюсного расстояния, определяемого по наклону кривой разгонки в точке, в которой дистиллят содержит точно 50% (мол.) легколетучего компонента (рис. 56). [c.95] С введением понятия теоретической тарелки или теоретической ступени разделения появилась возможность количественно оценивать как эффективность колонны, так и степень трудности разделения. [c.95] Теоретическая тарелка— это гипотетический участок колонны, соответствующий идеальной тарелке, на котором между паром, поднимающимся из нижележащего участка колонны (теоретической тарелки), и жидкостью, стекающей с вышележащего участка колонны (теоретической тарелки) наступает термодинамическое равновесие (см. рис. 24) . [c.95] Поясним понятие теоретической тарелки более подробно на примере эволюции тарельчатой колонны. Самый простой аппарат для перегонки состоит из перегонной колбы для испарения жидкости и приставки для конденсации паров и отвода конденсата. При этом, согласно определению, такой аппарат соответствует одной теоретической тарелке, поскольку пары, поднимающиеся, из колбы, находятся в термодинамическом равновесии с жидкостью, загруженной в колбу (рис. 57а). Для достижения более высокой степени разделения Адам предложил устанавливать последовательно несколько перегонных колб и каждую последующую колбу нагревать парами, выходящими из предыдущей колбы. В результате частичной конденсации паров в соединительных трубках, охлаждаемых воздухом, образуется некоторое количество флегмы. Если последовательно расположенные перегонные колбы разместить одну над другой, то получится уже известная тарельчатая колонна (рис. 576). [c.95] Взаимосвязь между идеальной колонной с идеально работающими тарел ками и Кривой равновесия. [c.96] Для обогащения смеси, начиная с концентрации 10% (мол.), которую имеет жидкость в колбе, до концентрации 91%, которую имеет дистиллят, требуется в общей сложности четыре теоретических ступени разделения. Для этого нужна колонна с тремя идеально работающими тарелками и куб (перегонная колба), который соответствует одной теоретической ступени разделения . Вместо термина теоретическая тарелка в дальнейшем будет применяться выражение теоретическая ступень разделения , поскольку оно более точно отражает сущность метода ступенчатых построений, который применяют для оценки обогащения, достигаемого как в тарельчатой, так и в насадочной колонне. [c.96] Число теоретических ступеней разделения, достигаемое в колонне, является функцией большого числа параметров как аппаратурного, так и технологического характера. Путем одних только математических построений до сих пор еще не удалось разработать метод расчета ВЭТС. На основе многочисленных экспериментальных результатов получены только эмпирические соотношения (см. разд. 4.2 и 4.8). [c.97] Это линейное уравнение выражает зависимость состава пара от состава жидкости для любого поперечного сечения колонны (при условии адиабатичности процесса) и представляет собой рабочую линию а—с (рис. 59). Если мольные энтальпии испарения компонентов сильно различаются, то это необходимо учесть при расчете числа теоретических ступеней по методу Мак-Кэба и Тиле. [c.98] Сделаем упрощающее допущение, что мольные энтальпии компонентов, а следовательно и смеси, одинаковы. Тогда с помощью графического метода Мак-Кэба и Тиле [77] можно рассчитать число теоретических ступеней разделения, необходимое для разделения смеси при определенном флегмовом числе, которое превышает минимальное флегмовое число. Вычисления можно проводить как для периодического, так и для непрерывного режима работы. [c.99] Следует подчеркнуть, что все вышеизложенные рассуждения относились к тарельчатым колоннам. В колоннах этого типа массообмен происходит при барботировании потока паров через слой жидкости на тарелке, при этом между паром и жидкостью достигается более или менее полное термодинамическое равновесие. [c.99] О пользе концепции теоретической ступени можно получить определенное представление, если сравнить процессы разделения в тарельчатой и насадочной колоннах по возможности одинаковых размеров, работающих в идентичных условиях. Если колонны имеют одинаковую разделяющую способность,то можно уверенно сказать, что обе колонны эквивалентны определенному числу теоретических ступеней разделения. [c.100] В качестве примера рассмотрим разделение смеси бензол-толуол. Поставлена следующая задача смесь, содержащую 40% (мол.) бензола, необходимо обогатить до концентрации 98% путем периодической ректификации. [c.100] Точку пересечения с, соответствующую у = 34,4, (см. рис. 59) соединяем с точкой а и получаем рабочую линию, характеризующую выбранные условия ректификации. Начиная от точки Ь, наносим теоретические ступени разделения, вписывая их между равновесной кривой и рабочей линией получим 10 теоретических ступеней разделения. [c.101] Следует выяснить, насколько уменьшается число теоретических ступеней разделения с увеличением флегмового числа. В табл. 12 приведены числа теоретических ступеней, необходимые для разделения смеси бензол—толуол при разных флегмовых числах. На рис. 60 показана кривая равновесия этой смеси с соответствующими рабочими линиями. [c.101] Вернуться к основной статье