Я проводил эксперимент, проверял свой димротно-перегородочный дефлегматор. Запускал колонну на воде, в дефлегматоре устанавливалась температура 100 градусов. В кубе кипело 10 литров воды, нагрев был 500 ватт.
Потом я влил в трубку связи с атмосферой 20 миллилитров ( шприц) спирта. Температура упала до 75, и тут-же установилась на 78,2. Естественно отбор я не вел. Прикинул, что если утечка есть, температура поползёт вверх и дойдёт снова до 100. Но температура держалась на 78,2 минут 30, и я прекратил эксперимент.
Теперь давай рассуждать. В кубе спирта не было, из него испарялась только вода. Но термометр под узлом отбора показывал показывал 78,2 градуса.
Вопрос № 1. Что приходило в дефлегматор?
Вопрос № 2. Сколько его приходило при мощности в кубе 500 ватт?
Я уже рассуждал на тему, что после установления неизменного температурного режима в верхней трети колонны, можно отбирать спирта столько, сколько его испаряется из куба. И флегмовое число в такой ситуации нас не чешет. В таком случае степень насыщения и разделительная способность колонны не изменяется. Показателем того, что насыщение верхней части колонны неизменно, служит стабильность температур в насадке и дефлегматоре.
Теперь по твоему вопросу о соотношениях объемов спиртового и водяного пара, соответствующих одинаковому энергосодержанию.
Уже считал где-то, но легче пересчитать, чем найти.
Держись, буду утомлять.
1 грамм-моль газа занимает объем 22,4 литра при нормальном давлении и нуле градусов
Изменением давления пренебрежем - его влияние меньше 5%.
Изменением температуры пренебречь не удастся. Будем учитывать.
1 г-моль воды это 18 грамм.
При 273К эти 18 грамм займут объем 22,4 литра, а при 373К - 30,6 литра
Значит плотность водяных паров при 100 градусах - 0,588 грамма на литр пара.
Теперь спирт. Молярная масса этанола - 46 грамм
При 273К эти 46 грамм занимают объем 22,4 литра, а при температуре кипения (351К) - 28,8 литра.
Значит плотность спиртовых паров при температуре их кипения - 1,597 грамма на литр пара.
Теперь для конкретики вернемся к моему варианту.
Представим колонну в виде теплообменника, в котором вода полностью отдаёт энергию парообразования спирту (а так оно и есть). В первичный контур этого теплообменника мы даём водяной пар с температурой 100 градусов, на выходе контура получаем воду той-же массы с той-же температурой.
Во вторичный контур мы подаём жидкий спирт с температурой кипения, на выходе вторичного контура получаем пары спирта.
В кубе 500 ватт мощности. 500 ватт - это 500 джоулей каждую секунду.
Теплота парообразования воды - 2300 кДж/кг, или 2300 дж/грамм.
3начит из куба будет испаряться ежесекундно 0,217 грамма воды, а это составляет 370 миллилитров водяных паров в секунду.
К теплообменнике - колонне - все 500 джоулей энергии водяной пар ежесекундно передает жидкому спирту и испаряет его. Считаем количество спиртового пара.
Теплота парообразования 96,6% спирта - 925 кДж/кг, или 925 дж/грамм.
3начит из куба будет испаряться ежесекундно 0,541 грамма спирта, а это составляет 338 миллилитров спиртовых паров в секунду.
Итак, в результате тепломассообменного процесса, поток водяного пара 380 мл/секунду превращается в поток спиртового пара 338 мл/секунду.
Стил, ты видишь существенную разницу? Я нет. Особенно если учесть, что у меня давление внизу колонны 500 мм.в.ст и пар в нижней части колонны становится гуще на 5%, можно с достаточной точностью говорить о том, что скорость пара одинакова по всей высоте колонны.
Вывод напрашивается такой.
В процессе тепломассообменного процесса при ректификации спирта, нагрузка колонны по пару незначительно - до 12 процентов уменьшается по мере укрепления спиртовых паров. (Стил, уменьшается, не увеличивается).
Теперь рассмотрим что происходит с нагрузкой колонны по потоку флегмы.
Через поперечное сечение колонны ежесекундно в куб возвращается 0,217 граммов воды. Это 0,217 миллилитров.
Из дефлегматора в колонну ежесекундно попадает 0,541 грамма спирта, а это 0,713 миллилитров. Втрое меньше.
Вывод. При ректификации заметно изменяется нагрузка колонны по возвратной флегме. К концу ректификации поток жидкости из дефлегматора втрое
Утираю пот, иду курить.