Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
Исследование работы ректификационных колонн обычно производится на основе принятия гипотетической идеальной (иначе теоретической) тарелки с введением в последующем для реальной колонны соответствующих поправок.
Теоретической тарелкой называется контактное приспособление, на котором взаимодействуют встречные неравновес-
119
ные друг другу паровая и жидкая фазы, достигая в результате перераспределения компонентов, равновесного состояния.
Любая реальная (или иначе практическая) тарелка отличается от теоретической тарелки тем, что покидающие ее фазы не достигают равновесия. Это объясняется тем, что любые процессы, в том числе процессы перераспределения компонентов между паровым и жидким потоками, для достижения состояния равновесия требуют определенного промежутка времени; кроме того, имеет место несовершенство контакта, а также в различных точках тарелки наблюдается неодинаковость состава контактирующих потоков.
Из сравнения реальной тарелки с теоретической вытекает понятие о коэффициенте полезного действия реальной тарелки.
2. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
РЕАЛЬНОЙ ТАРЕЛКИ
Рассмотрим некоторую і-ую тарелку колонны (фиг. 34) Пусть пары Gi_i, поступающие под эту тарелку, имеют темпе
Фиг. 34
ратуру A-i и состав у\—и & жидкость g\, стекающая с нее,— температуру А «A-i) и состав х\. Если рассматриваемая тарелка была бы теоретической, то, согласно определению
120
I
теоретической тарелки, пары Gj, поднимающиеся с нее, имел» бы также температуру U и состав у-и равновесный составу X1. Следовательно паровой поток после прохождения этой теоретической тарелки обогатился бы содержанием низкокипящего компонента (HKK) на величину уі—>'і_ь Если же данная тарелка является реальной, то паровой поток (который обозначим
через Gj), покидающий эту тарелку, не достигнет состояния1
равновесия с жидким потоком g\. Поэтому температура U
этого пара будет несколько выше, а состав yi несколько ниже^ чем то требуется по условиям равновесия, т. е. будем иметь-
Vi-l<yt<yi И *!_!>**> А .
Под к. п. д. любой реальной тарелки принято понимать отношение фактического обогащения низкокипящим компонентом паров, проходящих через данную реальную тарелку
(у* — уi—i) к максимальному обогащению (yi—у\-\), которое имело бы место в случае теоретической тарелки, т. е.
. (v,l>
Уі-Уі-1
Состав жидкости по мере движения жидкого потока по тарелке изменяется, в результате чего изменяется и состав паров, поднимающихся с разных участков тарелки. Поэтому при определении к. п. д. тарелки имеется в виду средний состав потоков.
Коэффициенты полезного действия отдельных тарелок колонны, могут отличаться друг от друга, так как условия работы каждой тарелки отличны от условий работы остальных гарелок одной и той же колонны. Поэтому при проектиро-пании колонны используют так называемый средний (или общий) к. п. д. тарелок в колонне.
Средним к. п. д. тарелок,(т)) называется отношение числа теоретических тарелок (Л/т), необходимых для осуществления назначенного процесса ректификации к действительному числу реальных тарелок (/Vp), практически обеспечивающих требуемую четкость разделения, т. е.
-Ц^1 г, (V, 2>
откуда
N
*р = —т ¦ (V, 3)
Последнее выражение используется для определения прак-
іически необходимого числа тарелок, если известны число
потребных теоретических контактов (тарелок) и их средний к. п. д.
I
121
і
f
Коэффициент полезного действия тарелок, повышается с увеличением времени контакта паров и жидкости, с увеличением площади соприкосновения их и глубины погружения колпачков, а также при обеспечении одинаковости глубины погружения всех колпачков в жидкость, правильном и равномерном распределении жидкого потока по тарелке, сокращении пути, проходимого жидким потоком на тарелке, и при
Тепло d
\
\
\
t
Cbipbe
( I
I
i
Остаток І
ft i
\
!
I
) 1
I I
-fc-I
t 1?
D
>
ПитателЬна* секция
і Тепло ?
Фиг. 35. Схема полной ректифика-
ционной колонны
уменьшении уноса капель жидкости с нижних тарелок на вышележащие.
Согласно литературным данным величина общего к. п. д. тарелок изменяется в широких пределах—от 0,2 до 0,9.
Общий к. п. д. тарелок желобчатого типа и тарелок с прямоугольными колпачками при расчетах, обычно принимается равным от 0,5 до 0,7.
в
3. ПОЛНАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
Описание схемы колонны. На фиг. 35 представлена схема полной ректифика-. ционной колонны. Место ввода сырья называется питательной секцией.
Часть колонны, выше питательной секции, служит в основном для ректификации парового потока, поступающего в эту часть и называется укрепляющей ИЛИ концентрационной секцией.
Часть колонны, ниже питательной секции, служит в основном для ректификации нее и называется отгонной
жидкого потока, поступающего мли исчерпывающей секцией.
Так как для возможности протекания] процесса ректификации необходимо наличие встречных неравновесных потоков и определенного числа контактных приспособлений, то в укрепляющей и в отгонной секциях устанавливается ряд ректифи-
122
кационных тарелок (той или иной конструкции). Для создания жидкого потока в укрепляющей секции наверху колонны отнимается некоторое количество тепла (d, ккал/час), при помощи, например, парциального конденсатора, в результате чего пары, выходящие сверху колонны, частично конденсируются и конденсат возвращается в виде жидкого орошения (gQ к Г/час) в колонну. Для создания парового потока в отгонной секции внизу колонны жидкости сообщается некоторое количество тепла (В, ккал/час) при помощи специального кипятильника. В результате этого жидкость, поступающая в кипятильник, частично испаряется и отгон возвращается в колонну в виде так называемого парового „орошения'' Ge, кГ/час).
