Материальный баланс повсей смеси

Заменив значение W на F—D и подставив в уравнение (5-32), получим:

откуда

Если заданы концентрации У<1 и x_w, по уравнению (5-33) можно вычислить D, а затем W.

3) Установки двойной ректификации нашли применение в технике разделения газов. Такие установки состоят из двух колонн — верхней и нижней. На рис. 5-9 показана схема двухколонной установки для разделения воздуха на кислород и азот.

Известно, что воздух представляет собой бинарную смесь азота (78,03%) и кислорода (20,099%) с небольшой примесью других газов (0,94% аргона, 0,01% водорода, 0,0012% неона, 0,0004% гелия и др.). При атмосферном давлении температуры кипения азота и кислорода равны соответственно 77° С (—196° С) и 90° К (—183 °С), т. е. по сравнению с кислородом азот является низкокипящим компонентом. Различие температур кипения компонентов и положены в основу разделения воздуха.

Перед подачей в ректификационную колонну вбздух сжимают компрессором, а затем охлаждают в теплообменнике отходящими из колонны кислородом и азотом до температуры конденсации. Сжатый и охлажденный воздух поступает в змеевик 1, являющийся кипятильником в кубе 2 нижней колонны. В змеевике воздух конденсируется, отдавая тепло кипящей кубовой жидкости. Из змеевика ожиженный воздух проходит через дроссельный вентиль 3, где его давление снижается до 5 ат, и в качестве орошающей жидкости поступает в первую (нижнюю) ректификационную колонну 4. В результате ректификации в кубе нижней колонны собирается жидкость, обогащенная кислородом до 40—60%, а сверху — пары азота, концентрация которых достигает 94— 96% N₂. Пары азота конденсируются в трубах конденсатора 7, отдавая тепло кислороду, испаряющемуся в межтрубном пространстве. Около половины сконденсировавшегося азота в качестве орошающей жидкости стекает вниз по тарелкам первой колонны для обогащения кислорода, другая половина, улавливаемая карманами 5, проходит через дроссельный вентиль 9 и поступает с давлением около 1 ат на верхнюю тарелку верхней колонны 8 в качестве азотной флегмы. В качестве исходной смеси для разделения в верхнюю колонну через дроссельный вентиль 6 подается также и жидкость из испарителя 2. Поступая на среднюю тарелку верхней колонны и стекая вниз, она выделяет пары азота и обогащается кислородом. В результате ректификации в верхней части верхней колонны аппарат покидают пары практически чистого азота, а в нижней части верхней колонны — в межтрубном пространстве конденсатора 7 — собирается практически чистый кислород в виде жидкости. Там он испаряется, конденсируя при этом азот, поступающий в конденсатор из нижней колонны. Так же, как и газообразный азот, газообразный кислород направляют в теплообменники для охлаждения новой порции воздуха, поступающей на разделение.