ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура диаграмм фазового равновесия и последовательность выделения фракций из "Физико-химические основы дистилляции и ректификации" Как показано ранее (см. главу VI), диаграмма фазового равновесия смесей, содержащих азеотропы, характеризуется наличием областей ректификации. Варианты взаимного расположения этих областей в совокупности с граничными разделяющими многообразиями характеризуют топологическую структуру диаграммы, определяя ряд ограничений на составы конечных фракций разделения в каждой из колонн технологической схемы. Структура диаграммы как геометрический образ физико-химической природы разделяемой смеси является объективным показателем, позволяющим выявить указанные ограничения [99]. [c.214] Каждая ректификационная колонна дает возможность выделить из исходной смеси определенного состава две или более фракций другого состава. При этом исходный состав является центром тяжести некоторого комплекса, в вершинах которого расположены полученные в результате разделения фракции. Последнее определяется условиями материального баланса. Так как предельно возможные составы фракций, соответствующих вершинам комплекса, предопределены структурой диаграммы, то действие каждой ректификационной колонны ограничено пределами области ректификации. Любая точка в вершине балансового комплекса, если она совпадает с точкой чистого компонента, может быть некоторым центром тяжести последующего балансового комплекса или симплекса, которому отвечают свои вершины, отражающие состав получаемых фракций Такая цепь балансовых комплексов соответствует последовательности выделения фракций, характерной для диаграммы данной структуры. [c.214] Нетрудно видеть, что последовательность выделения фракций различного состава связана в то же время с определенной последовательностью операторов разделения, т. е. ректификационных колонн. Выявление возможных последовательностей выделения фракций с учетом всех ограничений, диктуемых структурой диаграммы, является первым этапом синтеза технологической схемы разделения. Заметим, что при определенных условиях некоторые ограничения на составы фракций могут быть сняты или видоизменены в результате введения в технологическую схему объединительного оператора или оператора смешения фракций, принадлежащих разным балансовым комплексам. Таким образом, для выявления возможных последовательностей выделения фракций различного состава достаточно пользоваться двумя операторами, а именно оператором разделения и оператором объединения. [c.214] Изучив структуру диаграммы фазового равновесия жидкость — пар разделяемой смеси и тем самым определив типы и взаимное расположение особых точек, а также ход разделяющих многообразий и число областей ректификации, нетрудно выявить возможные последовательности выделения конечных продуктов ректификации, а, следовательно, и варианты разделения данной смеси. Всю совокупность последовательностей выделения фракций в общем случае можно изобразить единым графом (рис. VIII, 5). Как видно, в случае разделения четырехкомпонентной зеотропной смеси каждый компонент является нераспределенным, т. е. целиком переходит в дистиллят илн кубовый продукт. Данный граф содержит необходимую информацию о возможных вариантах выделения фракций. Анализ этих вариантов с точки зрения чистоты и полноты выделения целевых продуктов в сочетании с технико-экономическими расчетами дает основу для выбора наиболее приемлемого варианта технологической схемы. [c.215] Обобщенный граф последовательностей выделения фракций 4-компонентной зеотроп-ной смеси. [c.216] Арабскими цифрами обозначены компоненты, входящие в состав фракции I—первое заданное разделение П второе заданное разделение III— промежуточное заданное разделение. [c.216] Каждому /-му выходному потоку комплекса n-i отвечают свои диаграммы Ф 2 с более низкой размерностью. Из этих диаграмм можно определить соответствующие им Zh-2, затем Ю и т. д. Таким образом, синтез схемы ведется путем попеременного оперирования множествами Ф, Z и ii с последующим использованием результатов разделения комплекса (или отдельной колонны) для дальнейшей ступени синтеза. [c.217] Указанный метод предложен и подробно рассмотрен в работах [29, 99]. В настоящее время он успешно используется для разделения смесей, содержащих 3—10 компонентов. Применение метода к смесям с большим числом компонентов возможно при строгой формализации перечисленных выше этапов и широком привлечении электронно-вычислительных машин. [c.217] В качестве примера рассмотрим синтез различных вариантов технологической схемы вода (1) — изомасляный альдегид (2) — масляный альдегид (3)—толуол (4). Эта смесь встречается в производстве масляных альдегидов методом оксосинтеза [99, 126]. [c.217] Как следует из данных по растворимости [126], рассматриваемая смесь является гетерогенной в определенной области составов. Из рис. Vni, 6 видно, что смесь характеризуется наличием трех бинарных гетероазеотропов вода — изомасляный альдегид (12), вода— масляный альдегид (13) и вода —толуол (14). Температуры кипения указанных гетероазеотропов образуют ряд Ti2 Пз Ти. [c.217] Сравнивая рис. VIII, 6 и VIII, 7, нетрудно видеть, что разделение на фракции 1 и Г смесей любого состава связано с переходом в область, гетерогенную по жидкой фазе. Переходу такого типа соответствует на потоковом графе блок из трех операторов разделения, два из которых являются ректификационными колоннами, а третий — сепаратором, разделяющим поток жидкости на две фазы. Другие разделения 2—2, 4—4, 2—3, 3—4 протекают в гомогенной по жидкости области тетраэдра и, следовательно, могут быть реализованы в обычных полных ректификационных колоннах. [c.219] Вернуться к основной статье