Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

пределах контактной зоны, приходящееся на единицу движущей силы, и называется числом единиц переноса (ЧЕП). В некоторых случаях удобнее вести расчет массообменного аппарата, используя единицы переноса.

Для насадочных аппаратов поверхность массообмена можно выразить как произведение рабочего объема аппарата на поверхность контакта фаз в единице его объема 4 , тогда уравнение (1.31) можно записать в виде

HSfy =

Ку(у„-У.)

У-Ур

откуда с учетом уравнений (1.31) и (1.34) получим

KyfyS у Ур Ку/,

-.у,

(1.35)

где Н и S - соответственно высота и сечение аппарата; G - расход фазы "С"(кг/с); = "J ~

массовая скорость фазы "G" (кг/мс).

Так как в левой части уравнения (1.35) используется величина высоты аппарата, а в правой - произведение безразмерного числа единиц переноса и соотношения CJKy, то последнее должно выражать высоту, эквивалентную одной единице переноса Н, которую определяют экспериментально. Окончательно расчетное уравнение имеет вид

Н=НПу.

Аналогично можно получить уравнение для расчета высоты аппарата, если расчет вести по другой фазе L:

Сечение и диаметр аппарата необходимо определять при том же значении массовых скоростей, при которых были получены значения и Н„ .

Если равновесная и рабочая линии являются прямыми, то могут быть получены более простые соотношения для вычисления средних движущих сил и числа единиц переноса.

Пусть уравнение рабочей линии будет представлено в виде

у = А>с + В,

а уравнение равновесия в виде Ур = \х +Вр-

Найдем разность рабочей и равновесной концентраций

у-Ур=(А-Ар)х+(в-Вр)

и проинтегрируем это выражение, приняв во внимание, что dy = Adx .

Получим

х +-

А-А„

А-А„

-1п-

В-Вр х„ +-

Е- =

А-А„

У-Ур

[У-Ур\

Таким образом У-Ур

А , Пу = -In

Уи - Ук =

(у-Ур]

с другой стороны, А

ДУи -ДУк)

Применяя уравнение (1.33), получим

Дуср=.

Аналогично можно показать, что

Дх,р=--!

In-S-

Таким образом, если равновесная и рабочая линии являются прямыми, то средняя движущая сила процесса рассчитывается как средняя логарифмическая движущих сил в начале и его конце.

ЧИСЛО ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК

При расчетах массообменных аппаратов широко используется понятие о теоретической тарелке (теоретической ступени контакта), под которой понимают такое контактное устройство, которое обеспечивает получение равновесных потоков фаз, покидающих контактную зону.

На рис. 1-13 дана схема потоков для теоретической тарелки.

Потоки G и I контактирующих фаз входят в контактную зону, имея начальные концентрации компонента у„ и х„. В результате процесса массообмена концентрации компонента в потоках изменяются и станут равными у и х. Для теоретической тарелки эти концентрации будут равновесными, т.е.

Ук = Ур

Концентрации у„ и х или у и х„ соответствующих встречных потоков удовлетворяют уравнению рабочей линии.

Поскольку для достижения равновесия требуется определенное время контакта фаз, то в реальных условиях такое состояние не всегда может быть обеспечено. Это требует внесения корректив в расчеты, выполненные с использованием представления о теоретической тарелке.

В целом ряде случаев использование этого понятия позволяет ис-

Зопа

коптакта фаз

Рис. 1-13. Схема потоков для теоретической тарелки

Рис. 1-14. Графическое определение числа теоретических тарелок:

а - схема потоков; б - расчетный график; 1-3 - номера теоретических тарелок; АВ - рабочая линия

следовать основные закономерности процесса и получать важные практические результаты при расчете массообменной аппаратуры.

Достоинством методов расчета, основанных на использовании понятия о теоретической тарелке, является то обстоятельство, что для их реализации необходимо располагать лишь уравнениями равновесия и рабочей линии, в отдельных случаях привлекая лишь уравнения тепловых балансов.

Чтобы получить желаемое изменение концентраций потоков в аппарате, в нем необходимо иметь определенное число теоретических тарелок.

Рассмотрим графический расчет числа теоретических тарелок (ЧТТ) на примере протнвоточного аппарата (рис. 1-14) при переходе компонента из фазы G в фазу L (у > у).

На первой тарелке поток G с начальной концентрацией компонента (Ун) контактирует с потоком I, стекающим с вышележащей тарелки и имеющим концентрацию компонента (xj).

В результате взаимодействия указанных потоков их концентрации изменятся и получат значения у, и х, = х. Согласно определению теоретической тарелки концентрации у, и х, =х находятся в равновесии, а концентрации у„ и х,=х должны удовлетворять уравнению рабочей линии.