Для получения уравнений рабочих линий используем общее для всех массообменных процессов уравнение, выразив применительно к ректификации все входящие в него величины.
Уравнение рабочей линии верхней части любого массообменного аппарата: y = (10.2).
Выведем уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны.
Количество жидкости, стекающей по этой части колонны (количество флегмы) L = Ф = P·R, где R = - флегмовое число, представляющее собой отношение количества флегмы к количеству дистиллята.
Количество паров, поднимающихся по колонне G = P + Ф = P + PR = P(R+1).
Для верхнего предела укрепляющей части колонны, согласно принятому допущению, состав паров ур = хр. В том же сечении колонны состав жидкости (флегмы), поступающей из дефлегматора, хф = хр, т. е. хн = хр. Подставляя значения L, G, ук и хн в уравнение (10.3 ), получим
,
,
,
(10.4) - уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны.
R – (флегмовое число) – натуральный ряд чисел; - тангенс угла наклона рабочей линии к оси х; — отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат диаграммы у—х (рис.).
Исчерпывающая часть колонны. За основу при выводе берём уравнение рабочей линии нижней части любого массообменного аппарата:
y = (10.5).
Количество орошающей жидкости в этой части колонны больше количества флегмы Ф, стекающей по укрепляющей части на количество исходной смеси, поступающей на питающую тарелку. Если обозначить количество питания, приходящегося на 1 кмоль дистиллята через f = (кратность питания) то F = Р·f и количество жидкости, стекающей по исчерпывающей части колонны, составит: L’ = P·R + Р·f = P(f + R).
Количество пара, проходящего через нижнюю часть колонны, равно количеству пара, поднимающегося по верхней (укрепляющей) ее части. Следовательно, G = G’ = P(R+1)
Для низа колонны состав удаляющейся жидкости (остатка) x’к = xw и, согласно допущению, состав поступающего сюда из кипятильника пара y’н = yw= xw. Подставив значения L’, G’, x’к и y’н в уравнение (10.5 ), получим:
,
,
,
(10.6).
Зависимость (10.6) представляет собой уравнение рабочей линии исчерпывающей части колонны. В этом уравнении tg = A’ – тангенс угла наклона рабочей линии к оси ординат, а - отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси абсцисс.
Для построения рабочих линий на диаграмме у – х откладывают на оси абсцисс диаграммы (рис. 45) заданные составы жидкостей хW, хF и хP. Учитывая принятые допущения о равенстве составов пара и жидкости на концах колонны, из точки хР восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы в точке а с координатами ур = хр. Величину R считают известной. Откладывая на оси ординат отрезок , соединяют прямой конец отрезка (точку d) с точкой а. Из точки, отвечающей заданному составу хF, проводят вертикаль до пересечения с линией аd в точке b. Прямая аb – рабочая линия укрепляющей части колонны. Согласно допущению уw = хw, из точки, соответствующей составу хw, восстанавливают вертикаль до пересечения с диагональю диаграммы и получают точку с — конечную точку рабочей линии исчерпывающей части колонны. Соединяют точку с прямой с точкой b, принадлежащей одновременно рабочим линиям укрепляющей и исчерпывающей частей колонны. Прямая bс представляет собой рабочую линию исчерпывающей части колонны.