Приложение I. Номограммы

1. Номограмма Киреева для определения давления пара при разных температурах³⁵ (рис. 77).

В середине номограммы помещена общая для обеих ее частей шкала давлений, по бокам - шкалы температур. На шкале давлений отложены lgP, на шкале температур ¹/_T.

Каждому веществу на номограмме отвечает одна точка, выражающая зависимость температуры кипения вещества от давления. Прямая, проходящая через эту точку (называемую Киреевым "точкой жидкости"), пересекает оси в соответствующих точках, показывающих давление пара вещества при данной температуре (или температуру кипения его при данном давлении). Например, прямая МN показывает, что температура кипения хлорбензола (точка 22) при давлении 64 мм равна 60° С.

Номограмма Киреева позволяет избежать трудоемких аналитических расчетов, точность которых не всегда оправдана, для нахождения зависимости между давлением пара и температурой кипения вещества. На основании имеющихся данных по давлению пара жидкости при двух температурах можно определить положение "точки жидкости" как места пересечения двух прямых, соединяющих соответствующие точки на шкалах давлений и температуры; это показано пунктирными линиями для бензола (точка 15). Кроме того, с помощью номограммы можно, правда с еще меньшей точностью, графически определять зависимость давления пара от температуры жидкостей, для которых известна лишь одна температура кипения (большей частью температура кипения при атмосферном давлении). Оказалось, что "точки жидкостей" лежат почти точно на прямой RS или симметричной ей прямой R'S'. Пересечение прямой, соединяющей соответствующие точки на шкалах давления и температур с прямой RS или R'S', определяет "точку жидкости" в последнем случае.

Прямая RS соединяет "точки жидкостей" неполярных веществ, зависимость давления пара которых от температуры рассчитана по гексану (см. стр. 13); прямая R'S' соединяет точки полярных жидкостей, рассчитанные по воде. Номограмма может быть легко построена в любом масштабе для разных жидкостей и даже, как указывает Киреев, для смесей жидкостей.

2. Номограмма для определения относительной летучести двойных смесей углеводородов (рис. 78) (см. стр. 18).

3. Номограмма для определения минимального флегмового числа⁸³ (рис. 79).

Находят точку пересечения радиальной прямой, отвечающей содержанию легколетучего компонента в жидкости куба, и кривой, которая соответствует относительной летучести данной смеси. Линейкой соединяют найденную точку и точку на правой оси, отвечающую содержанию легколетучего компонента в дестиллате. Точка пересечения линейки и левой оси будет соответствовать минимальному флегмовому числу.

4. Номограмма для расчетов по ректификации⁸³ (рис. 80).

Номограмма состоит из двух частей - левой, позволяющей определять минимальное число теоретических тарелок, и правой, которая дает возможность по минимальному числу теоретических тарелок находить число теоретических тарелок в рабочих условиях при определенном флегмовом числе.

Рис. 77. Номограмма для определения давления пара при разных температурах: 1 - SiH₃CH₃; 2 - СН₂=СН=СН₂; 3 - СН₃Сl; 4 - СН₂=СНСl; 5 - бутадиен-1, 3; 6 - С₂Н₅Сl; 7 - изопрен; 8 - метилформиат; 9 - н-пентан; 10 - С₂Н₅Вr; 11 - СН₂Сl₂; 12 - этилформиат; 13 - СНСl₃; 14 - н-гексан; 15 - бензол; 16 - этилацетат; 17- С₆Н₅F; 18 - н-гептан; 19 - толуол; 20 - н-октан; 21 - н-октан; 22 - С₆Н₅Сl; 23 - С₆Н₅Вr; 24 - н-декан; 25 - С₆H₅J; 26 - нафталин; 27 - NH₃; 28 - CH₃NH₂; 29 - CH₃COCH₃; 30 - СН₃ОН; 31 - С₂Н₅ОН; 32 - Н₂O; 33 - СН₃СООН; 34 - C₂Н₅СООН; 35 - изо-С₃Н₇СООН; 36 - н-бутиленгликоль; 37- НОСН₂СН₂ОН; 38 - глицерин; 39 - Hg; А - В. Водные растворы аммиака, содержащие 5, 10, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 70 75 80 85, 90, 95 и 100 вес. % NH₃ (приведено только общее давление пара раствора)

Рис. 78. Номограмма для определения относительной летучести двойных смесей углеводородов:

Абсцисса - относительная летучесть; ордината - разность температур кипения.

Рис. 79. Номограмма для определения минимального флегмового числа

Вычисление эффективности колонки, необходимой для разделения данной смеси. Предварительно находят относительную летучесть α для данной двойной смеси или определяющей пары сложной смеси (см. стр. 155). Устанавливают желательный или допустимый минимальный состав дестиллата и жидкости куба (например, при содержании нижекипящего компонента в жидкости куба 0,05 молярных долей колонка должна давать дестиллат, содержащий не ниже 0,98 молярных долей этого компонента). Затем на нижней левой части номограммы находят точку пересечения прямых, отвечающих концентрациям нижекипящего компонента в дестиллате и жидкости куба (пунктирная линия). Из точки пересечения проводят вертикальную линию до кривой относительной летучести, соответствующей предварительно найденной величине. Из точки пересечения вертикальной линии и кривой а проводят горизонтальную линию влево до оси N.

Рис. 80. Номограмма для расчетов по ректификации

Зная эффективность колонки при полном возврате и относительную летучесть смеси, можно определить составы дестиллата при разных составах жидкости в кубе.

Приведенный способ применим для расчетов результатов ректификации при полном орошении.

Если желательно найти требуемую эффективность колонки в рабочих условиях, то следует также определить минимальное флегмовое число для данной двойной смеси или для определяющей пары сложной смеси и минимальное число теоретических тарелок, как это указано выше, и установить, при каком флегмовом числе будет происходить перегонка. Затем из точки на оси флегмового числа, соответствующей выбранной величине (правая нижняя часть номограммы), проводят горизонтальную прямую до пересечения с кривой минимального флегмового числа (см. пунктир). Из точки пересечения проводят вертикаль до горизонтальной прямой, отвечающей минимальному числу теоретических тарелок. Положение найденной таким образом точки относительно кривых определяет число теоретических тарелок в рабочих условиях.

Пользуясь номограммой, можно определять число теоретических тарелок по найденному числу эквивалентных тарелок. Для этого находят точку пересечения вертикальной прямой на правой части номограммы, построенной, как указано выше, с горизонтальной прямой, идущей от шкалы Nмин. и отвечающей числу эквивалентных тарелок. Положение найденной точки по отношению кривых правой верхней части номограммы определяет число теоретических тарелок. Соответствующая цифра на оси Nмин. и дает искомую величину.

Порядок графического расчета (см. цифры в кружках на схеме построения, рис. 81):

1. Соединяют прямой точку на правой части шкалы концентраций 1, отвечающую содержанию нижекипящего компонента в дестиллате х_д, с точкой на шкале а, соответствующей молярной доле дестиллата от загрузки.

2. Соединяют точку на правой части шкалы концентраций I, отвечающую содержанию нижекипящего компонента в загрузке x_загр., с точкой пересечения первой построенной прямой и линией МN. Построенную прямую продолжают до шкалы дестиллата.

3. Из найденной точки пересечениядрамой и шкалы дестиллата проводят горизонтальную линию до кривой l. Из точки пересечения опускают вертикальную линию до прямой КL.

4. 5, 6. Делают аналогичное построение на левой части шкалы концентраций II и кривой II. Вертикальную линию проводят до линии

7. Соединяют найденные точки на линиях и КL и продолжают прямую до пересечения с линией РQ.

8. Из найденной на линии РQ точки опускают вертикальную линию до кривой III. От найденной на кривой точки проводят горизонтальную линию до линии FG.

9. Соединяют точку, найденную на линии FG, с точкой на шкале а, отвечающей относительной летучести перегоняемой смеси, и продолжают прямую до шкалы N - числа теоретических тарелок.

Рис. 81. Номограмма для определения числа теоретических тарелок по Оболенцеву и Фросту