процес поділу розчину на компоненти або на компонент або азеотропную суміш складається з «сходинок». Загальне число таких сходинок - це число теоретичних тарілок (ЧТТ).
Сутність процесів, з яких складається ректифікація, зручно простежити за допомогою Т (х, y) діаграми стану (рис.4.1).
Рис. 4.1 Схема принципу ректифікації (P=const)
Тут на осі ординат відкладені температури кипіння розчину, на осі абсцис - концентрація компонента «В» у складі розчину (xB) і складі пара (yB). Нижня крива відображає залежність температури кипіння розчину від концентрації компонента «В» в ньому. На верхній кривої знаходимо рівноважний склад пари при температурі кипіння розчину.
Мається розчин з початковою концентрацією компонента «В», рівний ха (рис.4.1). Нагріваючи розчин до температури кипіння Та, виходить знаходиться в рівновазі з рідиною пар (точка b) складу yb. Відбір і конденсація цього пара дають рідина складу хс, збагачену компонентом «В» (хс gt; ха). На цьому принципі засноване часткове розділення розчину методом простої перегонки. Якщо проводити цей процес багаторазово: нагріти рідину складу хс до температури кипіння Тс, отримати пар (точка d), конденсація якого дає рідина з ще більшим вмістом компонента «В» - хе, потім повторити цей процес через точки е, f, k і т.буд.- То можна отримати рідина, що представляє собою практично чистий компонент «В». При цьому в першому кип'ятильнику рідина буде поступово збіднюватися компонентом «В» через точки a, l, m і т.д., і в результаті можна отримати практично чистий компонент «А» (кубовий залишок).
. 2 Розрахунок процесу ректифікації
На діаграмі (рис.4.2) за даними таблиці 4.2 побудована залежність температури кипіння розчину N-метілформаміда у воді від складу розчину (нижня крива) і пари (верхня крива). Склад виражений в мольних частках N-метілформаміда.
Таблиця 4.2 - N-метілформамід - Вода; C2H5NO - H2O (P=500 Торр)
x10095,288,874,659,143,6190y10044,627,2124,820,70t, 0C184,8166,5139,3120,2106,4100,193,488,7
Концентрація розчину, який надходить на ректифікацію, дорівнює xн=0,1=10% Мольн. За першим законом Коновалова на монотонних ділянках рівноважної кривою концентрації рідкої і парової фаз розрізняються. Початковий розчин закипає при температурі 910С (точка D), при цьому утворюється пара (точка Е) з концентрацією yн=0,5%.
Екстремальних (азеотропних) точок немає.
Розглянемо теоретичний процес поділу. Вихідний розчин при кипінні дає пар складу yн (точка Е), збіднений N-метілформамідом. При цьому розчин збагачується C2H5NO і температура його кипіння підвищується по кривій DLC і остання його порція матиме концентрацію в точці С - xc. На діаграмі в точці E після випаровування розчину, з концентрацією xн (точка D і E) дає практично чисту воду з вмістом C2H5NO xд=0,5%. Пар складу yн (точка F) може бути повторно випаруються і Сконденсувати; в точці e концентрація після конденсації парів складе xк=97,5%.
Таким чином, рівноважний процес поділу розчину з xн=10% містить три теоретичних ступенів поділу (ЧТТ=3) при отриманні дистиляту з концентрацією xд=0,5% і кубового залишку - xк=97,5 %.
На поділ надходить Gн=100 кг розчину. Так як всі концентрації виражені в мольних частках, масу розчину висловимо в молях, для цього розраховуємо середню молекулярну масу вихідного розчину
Схема матеріальних потоків наведена на рис. 4.3.
Рис. 4.3 Схема матеріального балансу процесу ректифікації
(всі концентрації виражені в мольних частках C2H5NO)
Тоді загальний баланс
(4.1)
баланс по N-метілформаміду
Вирішуючи систему рівнянь (4.1) і (4.2), отримуємо
Якщо на першому тарілку надходить початковий розчин в кількості Gm=100 кг=100/22,1=4,5249 кмоль при температурі 103 0С (точка М), то він википатиме до концентрації xm=51,5% і утворюється пар з концентрацією ym=3,5% (точки l і m). Схема матеріального балансу зображена на рис.4.4.
Рис. 4.4 Схема матеріального балансу на першій тарілці
Зі схеми матеріального балансу на першій тарілці слід:
(4.3)
Вирішуючи систему рівнянь (4.3) і (4.4), отримуємо
Таким чином, в результаті поділу отримали:
· концентрований розчин N-метілформаміда xк=97,5%, який якщо не може бути використаний у виробництві, повинен бути спрямований на подальший поділ спеціальними методами ректифікації або екстракції;
· дуже розбавлений ...
