Расчет дистилляции по тепловым диаграммам

Все рассмотренные до сих пор методы расчета простой дистилляции базировались на уравнениях материального баланса и кривых равновесия фаз. Применение этих методов удобно, но недостаточно точно. Они не раскрывают изменения других важных факторов, характеризующих процесс дистилляции и, в частности, тепловых явлений.

Расчет при помощи тепловых диаграмм I-t-x и 1-х позволяет наглядно и точно отобразить как материальный, так и тепловой обмен между фазами при дистилляции. Такая тепловая диаграмма представлена на рис. 1.29. На ней по оси абсцисс отложена концентрация х жидкой смеси, а по оси ординат - энтальпия I при постоянном давлении (на 1 кге или 1 кмоль смеси) и температуре t. На диаграмме изображена линия кипения CD (2) и линия конденсации MN (1) и соответствующие температуры кипения. Между кривыми 1 и 2 лежит двухфазная область влажного пара. Разность ординат между точками, лежащими при х = const на линиях кипения и конденсации, равна теплоте испарения смеси, а разность их ординат, соответствующая х=0 и х=, - скрытой теплоте испарения г и г2 чистых компонентов.

На диаграмме любая равновесная система жидкость-пар характеризуется двумя сопряженными точками, из которых одна L характеризует энтальпию и состав жидкой фазы, а другая V те же параметры равновесной паровой фазы. Этим точкам на температурных кривых отвечают точки L и V с составом жидкой фазы х и паровой фазы хг, имеющих одну и ту же температуру кипения. При этом, как видно из диаграммы, концентрации жидкой и паровой фаз различны.

Любая точка К на изотерме t характеризует равновесную смесь пар-жидкость тех же концентраций, что и у точек L и V,.

Доля пара в этой смеси определяется соотношением:

Точка К делит прямую LV на отрезки, пропорциональные количеству пара и жидкости (1 - <р). Так как при равновесии концентрация летучего компонента в паре всегда выше, чем в жидкости (у > х), то изотермы будут наклонными линиями. Точка V будет всегда располагаться правее сопряженной точки на линии кипения. Если система пар- жидкость неравновесна, то она будет характеризоваться прямой L2V2, имеющей более крутой наклон, чем прямая LV, так как концентрации жидкой и паровой фаз более близки друг к другу.

Диаграмма I-t-x для двухкомпонентной смеси

Рис. 1.29. Диаграмма I-t-x для двухкомпонентной смеси: / - равновесный состав пара при температуре кипения смеси; 2 - состав жидкой фазы

Уравнения материального и теплового балансов для части непрерывной дистилляции ниже произвольного значения ММ (рис. 1.30) имеют вид: где L - количество дистиллируемой жидкости, кмоль; Z.2 - остаток, кмоль; G - количество дистиллята в виде пара, кмоль; Q - количество тепла, подводимого при проведении процесса; /*, 1у - энтальпии жидкости, пара, ккап/кг.

Подставив в уравнения (1.75) значение L из уравнения (1.74), получим уравнение материального баланса:

и уравнение теплового баланса: Решая эти два уравнения, получим:

Схема графического расчета процесса дистилляции на диаграмме 1-х-у

Рис. 1.30. Схема графического расчета процесса дистилляции на диаграмме 1-х-у

Это уравнение прямой, проходящей через точки М(х, 1Х), N(y, 1У) и полюс Р с координатами хр = Х2 и 1рх = 1хг - Q/Li (рис. 1.30). Полюс лежит на вертикали АВР с абсциссой хг, причем предельное положение полюса Р' соответствует пересечению этой вертикали с конодой СР' (штриховая линия), проведенной через точку Q(x 1,1Х), характеризующей состояние поступающей жидкости. Предельному положению полюса Р отвечает минимальный расход тепла.

Соотношение между потоками могут быть найдены из уравнений материального баланса:

В этом случае подогреватель не обладает разделяющим действием, т.е. концентрация пара, поступающего из него на дистилляционную установку, равна концентрации жидкости в подогревателе (уг = *2)Глава 2

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >