ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Области возможных составов продуктов разделения из "Многокомпонентная ректификация" Рассмотрим оставшиеся два качественно различных типа образования новой зоны постоянных концентраций при граничном режиме первого класса фракционирования. Эти типы принципиально новые, поскольку они не встречаются для идеальных смесей. Их особенность заключается в том, что новая зона постоянных концентраций возникает без исчерпывания компонента. В обоих случаях процесс ректификации наталкивается на термодинамические ограничения. В одном случае на ограничение наталкивается процесс обратимой ректификации, а процесс адиабатической ректификации возможен (третий тип образования новой зоны постоянных концентраций). В другом случае, наоборот, на ограничение наталкивается процесс адиабатической ректификации, а процесс обратимой ректификации возможен (четвертый тип образования новой зоны постоянных концентраций). Оба эти случая хорошо иллюстрирует график, приведенный на рпс. 11-19,г (см. разд. 14 гл. и). Если точка питания лежит в области обратимой ректификации укрепляющей секции, где наиболее тяжелым является компонент 2, то на ограничение (а12-линию) наталкивается процесс обратимой ректификации (третий тип). Если точка питания лежит в области обратимой ректификации укрепляющей секции, где наиболее тяжелым является компонент 1, и расположена выше линии VI, то на ограничение наталкивается процесс адиабатической ректификации (четвертый тип), поскольку, как указывалось выше, для этой области в точках исчерпывания компонента I при обратимой ректификации потоки пара и жидкости больше, чем в точке питания. [c.170] Для доказательства рассмотрим диаграмму (рис. -9). Двумя крайними возможными положениями точки новой зоны на а1з-линии являются точка пересечения этой линии с прямой, проходящей через ноду питания, и точка седлового азеотропа 13. Для первой из этих точек и 7 гр = 0 из уравнения (У.4), но / гр 0 из уравнения (У.З). Если обозначить из уравнения (У.З) через гр, а из уравнения (У.4) через / гр, то для рассматриваемой точки гр гр. Для второй точки длина поды равна нулю н, следовательно, гр = оо, а / Чрр — конечная величина, т. е. Поэтому между двумя рассмотренными крайними положениями точки новой зоны постоянных концентраций на а -линии всегда найдется точка, для которой 7 гр=/ гр, т. е. одновременно выполняются условия (У.З) и (У.4). [c.172] Другим примером может служить процесс ректификации азеотропной смеси метанол (1)—изопропанол (2) — вода (3). Было проведено специальное расчетное исследование режимов, близких к режиму минимальной флегмы [78]. [c.173] Рассматривалась траектория ректификации односекционной укрепляющей колонны. Был исследован вариант разделения с выделением из тройной смеси наиболее легкого компонента — метанола и с пересечением траекторией ректификации границы области обратимой ректификации укрепляющей секции (агз-линии). [c.173] Четвертый тип. На ограничение наталкивается процесс адиабатической ректификации, а процесс обратимой ректификации не имеет ограничений. Для исследования этого типа образования новой зоны постоянных концентраций, как и для рассмотренных ранее типов, важную роль играет анализ обратимого процесса ректификации. Как и для третьего типа, в рассматриваемом случае новая зона постоянных концентраций образуется без исчерпывания компонента. [c.173] Можно показать, что при возрастании коэффициента фазового равновесия наиболее тяжелого компонента снизу вверх в укрепляющей сищии невозможно полное исчерпывание этого компонента при Ягр, т. е. достижение состава верхнего продукта, изображаемого точкой и. Другими словамн, новая зона по стоянных концентраций возникает без исчерпывания компонента. [c.174] Согласно уравнению (У.16), концентрация третьего компонента убывает сверху вниз, следовательно он не может исчерпываться в окрестностях стороны концентрационного треугольника. Таким образом, зона С при исчерпывании компонента 3 и наличии зоны Р возникнуть не может. В рассматриваемом случае новая зона постоянных концентраций должна возникнуть при меньшем численном значении и пои наличии всех компонентов, содержащихся в питании. [c.175] Рассмотрим процесс обратимой ректификации в данном случае. При полном исчерпывании компонента потоки пара и жидкости в сечении исчерпывания максимальны и превосходят потоки в сечении питания (см. разд. 14 гл. П). На рис. П-19,в этим условиям соответствует область выше линии VI (для этой линии потоки в сечении питания и в сечении исчерпывания компонента 1 одинаковы). Линия VI отделяет область, для которой возможно полное исчерпывание компонента 1 в укрепляющей секции при адиабатической ректификации, от области, для которой такое исчерпывание невозможно. [c.175] Если для точки питания (л 1 = 0,4 Хг2=0,2), лежащей выше линии VI, постепенно увеличивать степень исчерпывания компонента 1 в обратимом процессе (рис. У-12), то ири малой степени исчерпывания потоки будут монотонно убывать от сечения питания к концу колонны. При увеличении степени исчерпывания в промежуточных сечениях возникают минимум и максимум потоков. При дальнейшем увеличении степени исчерпывания потоки в сечении максимума возрастают и, наконец, при полном исчерпывании превосходят потоки в сечении питания. Поэтому существует некоторая промежуточная степень исчерпывания, при которой потоки в сечении максимума равны потокам в сечении питания. [c.175] Если рассматривать процесс при 7 гр, т. е. во втором классе фракционирования, то для анализа этого процесса можно снова использовать обратимую ректификацию. Сечение новой зоны можно рассматривать как сечение питания. Тогда для Бтирого класса фракционирования аналиа возникновения следующей зоны постоянных концентраций при увеличении не отличается от проведенного выше анализа для первого класса фракционирования (рис. У-12,б). Такой анализ приводит к многократному возникновению новых зон постоянных концентраций при увеличении / , При этом продуктовая точка стремится к вершине 3 (см. рис. П-19,в). Отметим, что для бинарной смеси с экстремумом коэффициента фазового равновесия одного из компонентов (см. рис. И,17,6) состав в новой зоне постоянных концентраций в окрестностях точки перегиба кривой у(х) меняется непрерывно при увеличении и приближении продуктовой точки к точке состава чистого компонента. [c.176] Для азеотропной смеси метанол (/)—изопропанол (2) — вода ( ) было проведено расчетное исследование с использованием метода от тарелки к тарелке в направлении от питания к концу колонны. Цель состояла в воспроизведении рассматриваемого четвертого типа образования новой зоны постоянных концентраций [78]. [c.177] На рис. У-13 показаны траектории ректификации при флегмовых числах, приближающихся к минимальному, как сверху, так и снизу (соответствующие траектории имеют различные направления). Найденное подбором минимальное флегмовое число 7 гп1п = 1,731274. Соответствующая траектория ректификации имеет ярко выраженную зону постоянных концентраций внутри концентрационного симплекса в точке изменения направления траектории. Как видно из диаграммы, эта точка лежит приблизительно на прямой РО. [c.177] О — точка мнимой зоны постоянных концентраций --граница области ректификации — —ф--расчетные траектории ректификации с точками составов на тарелках. [c.177] Таким образом, установлены две принципиальные причины возникновения новой зоны постоянных концентраций при возрастании флегмового (парового) числа в бесконечных колоннах внутри концентрационного симплекса, а не на его границе, как это имеет место для идеальных смесей. Если эти причины отсутствуют, новая зона возникает, как и для идея - с .и-сей, при исчерпывании компонента. [c.177] Если при таком перемещении фигуративная точка продукта наталкивается на термодинамическое ограничение подобно тому, как это было рассмотрено выше (граница области обратимой ректификации, аномальная зависимость коэффициента фазового равновесия соответствующего компонента от высоты колонны), то продуктовая точка должна занимать предельное положение, после достижения которого она с увеличением флегмового (парового) числа начинает перемещаться в новом направлении, поскольку возникает следующая зона постоянных концентраций, принадлежащая тому же элементу симплекса. [c.178] Таким образом, явление, характерное для азеотропных смесей при первом классе фракционирования, т. е. в ( —1)-мерном концентрационном пространстве, имеет место и при втором классе фракционирования, т. е. в подпространствах концентрационного пространства. [c.178] Существенно отличается поведение азеотропных смесей от поведения идеальных при третьем классе фракционирования [75, 80, 81]. Это объясняется своеобразием укладки пучков линий дистилляции азеотропных смесей и несовпадением термодинамических ограничений при конечной и бесконечной флегме. Если составы продуктов, соответствующие последнему граничному значению Я и бесконечной разделительной способности не совпадают, то при третьем классе фракционирования продуктовые точки перемещаются в концентрационном симплексе с увеличением флегмы. [c.178] Рассмотрим третий класс фракционирования. Если при граничном режиме второго класса фракционирования точка верхнего продукта лежит на отрезке ( 1 2 Ообр, 5 = 5 гр), то при дальнейшем увеличении флегмового (парового) числа точка верхнего продукта должна перемещаться к границе области ректификации (линия /). Если при граничном режиме второго класса фракционирования (при 5=5 гр), продуктовыми точками являются точки 2 и /, т. е. осуществляется разделение (2,3 1), то при бесконечной флагме зона постоянных концентраций имеет состав седловой особой точки 12. [c.180] Вернуться к основной статье