1.3 Диаграммы дистилляции. Законы Рауля- Дальтона

Рис.2 Диаграмма Р-Х

Температура кипения смеси заданного состава (Ха) является функцией явления пара. Для того, чтобы ее определить, строят по значениям давлений насыщенных паров чистых компонентов ( из справочника), изотермы АВ,А₁ В₁ и т.д. ...Линии парциальных давлений Ра и Рв получают, соединяя точки А,А₁ ... с точкой С и точки В,В₁ ... с точкой О.Далее проводят прямую MN, соответствующую внешнему давлению. Из точки Ха восстанавливают вертикаль до пересечения с MN в точки Д, через которую проходит изотерма Т.

При этой температуре общее давление паров смеси равно внешнему давлению, следовательно смесь состава Ха кипит при температуре равной t .

Рис.3 Диаграмма t-x-y: зависимость температуры кипения и температуры конденсации от состава фаз.

Для построения диаграммы откладывают на оси ординат при постоянном внешнем давлении температуры кипения чистых компонентов и t₁,t₂…,соответствующие составам жидких смесей х₁,х₂ …,отложенным на оси абсцисс. Через полученные точки А₁,А₂ … и точки отвечающие температурам кипения чистых компонентов, проводят линию кипения. Затем на оси абсцисс откладывают определенные по закону Рауля – Дальтона равновесия составы паров Y₁.Y₂ …и проводят из соответствующих им точек прямые до пересечения с изотермами t₁,t₂ …, соединяют точки В₁,В₂ …и получают кривую конденсации.

При пользовании диаграммой на оси абсцисс откладывают состав жидкостей смеси (Х) и проводят из нее вертикаль до пересечения с линией кипения. Из точки пересечения проводят горизонталь вправо до пересечения с линией конденсации. Абсцисса точки пересечения характеризует состав равновесного пара.

Рис.4 Диаграмма у-х : диаграмма равновесия пар-жидкость.

На фазовой диаграмме у-х наносится линия равновесия ,выражающая зависимость между равновесными составами ( по НКК ) жидкой Х и паровой Y фаз. С жидкостью, представляющей собой чистый НК находится в равновесии пар, в котором содержится 100% НК, поэтому крайние точки кривой равновесия расположены в противоположных углах квадрата. Кривая равновесия и диагональ квадрата ограничивают область взаимного существования двух фаз. Поэтому чем ближе кривая к диагонали, тем труднее осуществить разделение смеси.

Основные законы

П – общее давление паров над жидкой смесью.

Р^о – давление насыщенных паров или давление чистого компонента над жидкостью.

Р – парциальное давление или давление паров отдельного компонента паровой фазы.

1) Закон Дальтона

Общее давление паров равно сумме парциальных давлений компонентов

2) Закон Рауля

Парциальное давление компонентов в паровой фазе над жидкой смесью прямо пропорционально мольной доле компонента в смеси.

х – содержание компонента в жидкости.

3) Закон Рауля – Дальтона

1.4 Материальный баланс и уравнения рабочих линий

При расчете ректификационной колонны, количество и состав фаз удобно выражать в молярных величинах. Примем следующие допущения:

1) при конденсации из пара образуется n киломолей высококипящего компонента (ВКК), а из жидкости испаряется n киломолей низкокипящего компонента (НКК), т.е. количество фаз в киломолях по всей высоте колонны будет постоянно.

2) состав пара, выходящего из колонны в дефлегматор – y_D и состав флегмы, возвращенной в колонну – x_D, одинаковы.

3) состав пара, поднимающегося из кипятильника в колонну – y_W равен составу жидкости, в кубе-испарителе – x_W.

Материальный баланс всей колонны

Рис.5 Материальный баланс колонны

G_F = G_D + G_W

G_F * х_F = G_D * х_D + G_W * х_W

G_F, G_D, G_W – мольный расход питания, дистиллята и кубового остатка;

х_F, х_D, х_W – содержание НКК в кубовом остатке в мольных долях;