Cwicz  3

122

Rys. 16.2. Graficzna ilustracja w kwadracie jednostkowym przebiegu procesu w kolumnie rektyfikacyjnej

gdzie: G - natężenie przepływu pary w górnej części kolumny rektyfikacyjnej [kmol/s]

Bilans masy składnika bardziej lotnego w górnej części kolumny rektyfikacyjnej, w ustalonych warunkach przebiegu procesu, prowadzi do równania

Gy_s® Dxd + Lx_t    (16.3)

Z równania tego wynika, Ze ilość masy składnika bardziej lotnego (Gy) wypływającego z parą z górnej części kolumny rektyfikacyjnej powinna być równa sumie mas tego składnika odpływającego z tej części kolumny z destylatem (Dxd) i z cieczą spływającą z kolumny (Lx). Uwzględniając w równaniu (16.1) definicję liczby powrotu R

R = —    (16.4)

D

uzyskuje się inną postać równania górnej linii operacyjnej

y =

R x_D

-x + ——

R + l    R + l

06.5)

Ze względu na specyfikę konstrukcji kolumny rektyfikacyjnej badanej w tym ćwiczeniu (tylko górna część kolumny) linia e i dolna linia operacyjna nie będą wykorzystywane w bezpośredniej formie podczas opracowywania wyników pomiarów. Informacje o linii e i dolnej linii operacyjnej oraz ich znaczeniu w procesie rektyfikacji można znaleźć w literaturze [1].

Położenie dowolnego punktu na liniach operacyjnych górnej lub dolnej jest określone współrzędnymi x, y odpowiadającymi wartościom stężeń operacyjnych składnika bardziej lotnego w fazach ciekłej i parowej. Ciecz i para

0    stężeniach operacyjnych kontaktują się ze sobą w jednym przekroju

poprzecznym kolumny rektyfikacyjnej. Linie operacyjne oraz linia e są na rysunku liniami prostymi przebiegającymi przez charakterystyczne punkty, których współrzędne x, y są sobie równe (rys. 16.2). Oznacza to, że punkty te leżą na przekątnej kwadratu jednostkowego. Charakterystyczny punkt dla górnej linii operacyjnej ma współrzędne: x = y - xd, dla linii e:    x = y = xf, a dla

dolnej linii operacyjnej: x = y = x_w.

Linia e jest miejscem geometrycznym przecięć odpowiadających sobie górnych i dolnych linii operacyjnych, stąd wymienione trzy linie (proste) przecinają się w jednym punkcie Aby zapewnić procesowi rektyfikacji właściwą siłę napędową, umożliwiającą osiągnięcie założonych składów destylatu i cieczy wyczerpanej, punkt przecięcia górnej i dolnej linii operacyjnej na linii e powinien znaleźć się poniżej krzywej równowagi. Liczba powrotu R w takim przypadku będzie miała wartość R > Rmm- Wartość minimalnej liczby powrotu Rań określa się na podstawie przebiegu górnej linii operacyjnej poprowadzonej na iysunku (np. rys. 16.2) przez punkt przecięcia się linii e z krzywą równowagi.

3. Aparatura

Budowę stanowiska doświadczalnego do badania procesu rektyfikacji w kolumnie wypełnionej przedstawiono schematycznie na rys. 16.3.

Zasadniczymi elementami konstrukcji kolumny rektyfikacyjnej są: kocioł /, odcinek z wypełnieniem 6 i kondensator pary JO. Kocioł 1 został wyposażony w cieczowskaz oraz trzy grzałki elektryczne, z których jedna ma regulowaną moc ogrzewania, (gi, g2 - włączniki grzałek, g3 - włącznik grzałki trzeciej

1    regulator mocy ogrzewania cieczy w kolumnie). Pomiędzy kotłem i odcinkiem z wypełnieniem znajduje się dolny odcinek pośredni 2 zaopatrzony w kondensator 3 próbek pary wypływającej z kotła i wpływającej do warstwy wypełnienia. Wewnątrz odcinka pośredniego 2 kolumny rektyfikacyjnej znajduje się urządzenie odprowadzające ciecz spływającą z wypełnienia do