I—процессы испарения; а—постепенное; б — однократное (ои); в—многократное;

II— процессы конденсации; а — постепенная; д - однократная (OK); в — многократная; 1, 1' — испаритель; 2, 2' ~ конденсатор; 3 — приемник; 4, 4' — испаритель; 5, 5' — разделительный сосуд (сепаратор).

В зависимости от назначения колонны могут быть полными, которые имеют концентрационную и отгонные секции, или неполными: укрепляющая колонна не имеет отгонной секции, а отгонная колонна - концентрационной секции. Кроме того, различают простые и сложные колонны. В простой колонне сырье разделяется на два продукта, а в сложной колонне число отбираемых продуктов более двух.

Таким образом, обосновали конструкцию аппарата для разделения бинарной смеси и необходимо доказать расчетными методами, что этот аппарат является приемлемым.

нет

Рис.4.2. Схема ректификационной колонны.

5 Изобарные температурные кривые

Построим изобары жидкости и пара ( при постоянном давлении). По оси абсцисс отложены концентрации жидкой и паровой фаз, по оси ординат - температура (рисунок 7.1, нижние кривые) . Получаются две кривые, которые имеют две общие точки: точку Апри , отвечающую температуре кипения бензола и точкуВпри , соответствующая температуре кипения толуола. КриваяАА₁А₂В, определяющая зависимость между температурой системы и составом жидкой фазы, называется линией кипения. КриваяАВ₁В₂В, определяющая зависимость между температурой системы и составом паровой фазы, называется линией конденсации или насыщенных паров.

Пары жидкости могут быть насыщенными и перегретыми. Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Чем выше температура, тем выше давление, при котором находится данная равновесная система. Для насыщенных паров существует однозначная зависимость между давлением паров и температурой. Ненасыщенными (перегретыми) парами называются пары, которые при данных температуре и давлении образуют однофазную систему. Жидкая фаза отсутствует.

Равновесные паровая и жидкая фазы имеют одинаковые температуру и поэтому на изобарных температурных кривых равновесные составы фаз будут определяться точками пересечения горизонталей, с линиями кипения и конденсации, эти горизонтальные отрезки называются конодами (например А₁В₁).

Область диаграммы, лежащая под кривой АА₁А₂В, отвечает некипящей жидкости (точкаF).Область диаграммы выше кривой конденсацииАВ₁В₂В,отвечает перегретым парам (точкаЕ).

Любая точка, лежащая между кривыми конденсации и кипения, например точка C, характеризует двухфазную систему (пар-жидкость).

5.2 Закон-Рауля-Дальтона

Изобарные кривые можно построить экспериментально, а также расчетным методом.

Точка А₁ на кривой кипения жидкости может быть найдена по закону Рауля. Парциальное давление компонентаp_i идеального раствора равно произведению давления насыщенных паровP_iпри данной температуре на мольную концентрацию компонента в жидкой фазеx’:

( 20 )

Давление насыщенных паров каждого компонента вычисляют по эмпирическим формулам. Например, по формуле Антуана

( 21 )

где А, В, С- константы, зависящие от свойств вещества и определяемые экспериментально;

t -температура.

Известно, что жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.

Условие кипящей жидкости:

( 22 )

Откуда

- получили уравнение нижней изобары. ( 23 )

По закону Дальтона парциальное давление компонента газовой смеси равно произведению давления в системе на мольную долю компонента в газовой смеси

( 24 )

При равновесии давление во всех точках системы одинаково. Объединенный закон Рауля-Дальтона

p_i = P_Б x’_i=P y’_i. ( 25 )

, -уравнение верхней изобары ( 26 ).

Следовательно, при данных температуры и давления системы равновесные составы паровой и жидкой фаз однозначно определяются давлениями насыщенных паров компонентов смеси.