Ректификация многокомпонентных смесей

Задача разделения многокомпонентных смесей на практике встречается гораздо чаще, чем двухкомпонентных, поэтому ректификация многокомпонентных смесей является основным процессом ректификации в химических и нефтехимических производствах.

Схема разделения на составляющие двухкомпонентных смесей однозначна, в то время как для многокомпонентных смесей представляется некоторая свобода схемы разделения. Пусть смесь состоит из трех компонентов А, В, и С с относительными летучестями ,  и .

Рис. 4.41. Схема установки для разделения трехкомпонентной смеси

по первой схеме

Разделение указанной смеси на компоненты возможно двумя путями, показанными на рис. 4.41, 4.42. Первая схема разделения (рис. 4.41, вверху) и аналогичные ей возможны всегда, вторая схема (рис. 4.41, внизу) возможна не всегда и использование их ограничивается соотношением относительных летучестей компонентов и их содержанием в исходной смеси. Так, в приведенном примере возможность отделения смеси компонентов А и  В от С имеет место лишь при условии  (где  – суммарная относительная летучесть остальных двух компонентов). Другими словами, отделение в паровой фазе j-го компонента возможно только в том случае, когда его относительная летучесть  больше средней относительной летучести всех компонентов: … .

Из рассмотренного примера следует, что для разделения многокомпонентных смесей непрерывным методом на  частей необходимо (N-1)  ректификационных аппаратов.

Рис. 4.42. Схема установки для разделения четырехкомпонентной смеси по первой и второй схемам

4.3.5. Тепловой баланс процесса ректификации

Введем обозначения: Q1 – тепло, поступающее в кипятильник колонны с греющим паром; Q2 – тепло, поступающее с греющим паром; Q3 – тепло, поступающее с флегмой;  Q4 – тепло, уходящее с парами; Q5 – тепло, уходящее с остатком;  Q6 – тепло,  теряемое в окружающую среду (рис. 4.43).

Рис. 4.43. Схема тепловых потоков в колонну

непрерывной ректификации

При принятых обозначениях тепловой баланс процесса может быть выражен равенством:

или

.

Если нагревание в кипятильнике проводится водяным греющим паром, расход его на проведение процесса составит

,

где H – энтальпия водяного пара;  – энтальпия конденсата; – теплота испарения.

Энтальпии веществ, входящих в уравнение, равны произведениям их мольных теплоемкостей на температуры. Теплоемкости и теплоты испарения смесей вычисляют по правилу аддитивности,  исходя из свойств чистых компонентов.