Построение диаграмм фазового равновесия и кривых изобар

В случае ректификации бинарных смесей для расчёта числа теоретических тарелок широко используется графический метод, известный в литературе как метод Мак – Кеба и Тиле (диаграмма y – x). Диаграмма кривых изобар позволяет легко определить температуры внешних потоков ректификационной колонны.

Кривые равновесия и изобары строятся в пределах температур кипения низкокипящего и высококипящего компонентов при принятом давлении в колонне.

В этом интервале температур принимается ряд значений температуры, для каждой температуры определяется по опытным (справочным) данным или рассчитываются (например, по уравнению Антуана) давления насыщенных паров компонентов (или константы фазового равновесия компонентов). [3,6,7,10] Далее с использованием законов Рауля и Дальтона рассчитываются концентрации низкокипящего компонента в равновесных жидкой и паровой фазах. Результаты расчёта представляются в виде таблицы.

Таблица 1.1.

Координаты кривых равновесия и изобар

 

Температура, оС	Давления насыщенных паров, мм рт.ст.	Мольная доля бензола	Массовая доля бензола
бензола	толуола	x’	y’	x	y
		-
			0,813	0,915	0,787	0,901
			0,628	0,806	0,589	0,780
			0,442	0,656	0,402	0,618
			0,282	0,482	0,251	0,442
			0,146	0,284	0,127	0,251
	-

В качестве примера приведём расчёты при 90^оС.

;

 

;

 

Рис. 1.1 Кривые равновесия и изобар. Графическое определение температур внешних потоков и числа теоретических тарелок в колонне.

 

где мм рт.ст. – давление в колонне;

Р_б, Р_т – соответственно давления насыщенных паров бензола и толуола.

 

;

,

где М_б =78; М_т=92 – мольные массы бензола и толуола.

При построении кривых равновесия и изобар использованы массовые концентрации (рис 1.1).

Температура паров дистиллята с верхней тарелки t_D=88^oC определена из диаграммы t – x,y по верхней кривой (изобара пара), а температура жидкого остатка t_W=114^oC – по нижней кривой (изобара жидкости). Температура ввода сырья в колонну (t_L) при известной доле отгона (е) можно определить при помощи графиков y – x и t – x,y. Для этого из точки В на диагонали диаграммы, абсцисса которой равна составу исходного сырья х_L, проводим линию АВ, тангенс угла наклона которой равен

Эта линия точек пересечения рабочих линий верхней и нижней частей ректификационной колонны. Часто эту линию называют линией питания. Точка пересечения этой линии с кривой равновесия фаз (т. А) определяет составы образовавшихся паровой (y_o=0,64) и жидкой (х_о=0,43) фаз в питательной секции колонны. Откладываем эти значения на графике изобар и определяем температуру ввода сырья t_L= 99^oC.

Примем для расчёта технологическую схему ректификации с острым орошением. Орошение будем подавать в колонну в переохлажденном состоянии. В качестве хладоагента используем воду, максимальная температура которой 20^оС. При разнице температур воды и продукта на холодном конце конденсатора – холодильника, составляющей 15^оС, температура в ёмкости орошения, т.е. температура холодного орошения будет равна 35^оС.