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

3. = ! (rv.5)

D y-x

y = -S-x + --yo. (IV.6)

g + D g + D°

Разделив числитель и знаменатель каждого слагаемого уравнения (IV.6) на D и обозначив флегмовое число через R = g/D, которое является важнейшим показателем процесса ректификации, получим

у = -х + . (rv.7)

R+1 Л+1

Уравнения (IV.6) или (IV.7) называются уравнением рабочей линии, уравнением концентраций, или уравнением оперативной линии. Оно устанавливает связь между составами встречных потоков пара и жидкости в произвольном сечении колонны и является общим для любого сечения концентрационной части колонны. В частности, для сечения над верхней N-Pi тарелкой уравнение (IV.6) будет иметь вид:

Vs =-П+ Уд. ~к go + D ° go + D

Для всей верхней части колонны выше сечения 2-2 (см. рис. IV-5) уравнение рабочей линии записывается следующим образом:

Уп,=-х,+-5-у. (rV.8)

gr, + D gr, + D

где y„ - средний состав пара, поступающего из секции питания в концентрационную часть колонны,

Пары G„ с концентрацией НКК y„, поступающие в концентрационную часть колонны, образуются при смешении потока паров Gp, полученного при ОИ сырья, и паров G,, уходящих из отгонной секции колонны.

При смешении потоков паров с различной температурой в секции питания не происходит простого их суммирования, оно сопровождается небольшой частичной конденсацией. Поэтому допущение о том, что количество паров G„ равно суммарным количествам смешивающихся потоков Gp и Gf, не вполне точно. Однако с учетом того, что в небольших пределах по концентрациям кривые конденсации на изобарных кривых и энтальпийной диаграмме близки к прямолинейному очертанию, степенью конденсации при смепгавании одноименных потоков в секции питания можно практически пренебречь.

В координатах х, у уравнения (IV.6) и (IV.7) представляют собой кривую линию, так как в общем случае поток флегмы д или флегмовое число R может изменяться по высоте верхней части колонны. Степень изменения массы жидкости и паров по высоте колонны зависит от тепловых характеристик компонентов (скрытая теплота конденсации, теплоемкость). Для систем, у которых тепловые константы близки между собой, масса жидкости и паров по высоте колонны не меняется или меняется незначительно.

Если принять поток флегмы по высоте колонны постоянным (до = ~ 9 - 9\ ~ const), то рабочая линия будет прямой с тангенсом угла наклона

R R + i

= const.

На диаграмме х - у (рис. IV-6) можно выявить характерные точки, через которые проходит рабочая линия. При х = ув получим, что у = ув, т.е. рабочая линия проходит через точку D, находящуюся на диагонали диаграммы х-у. Положение точки D зависит только от состава ректификата и не зависит от величины потока флегмы. Поэтому через точку D рабочая линия проходит независимо от того, изменяется или не изменяется масса потока флегмы по высоте колонны.

Для определения координат второй точки рабочей линии примем, что X = 0. Тогда у = Ув/(Л + 1) (точка В, рис. IV-6). Положение точки В зависит не только от состава ректификата ув, но и от величины флегмового числа R = g/D, т. е. от массы потока флегмы д. С увеличением флегмового числа точка В перемещается вниз, а рабочая линия приближается к диагонали OA. В пределе при R °о (или д °°) рабочая линия сольется с диагональю диаграммы х-у, а точка В переместится в начало координат (режим полного орошения). Таким образом, диагональ графика является линией концентраций при бесконечно большом значении флегмового числа.

Следует заметить, что как рабочая линия BD, так и кривая равновесия фаз ОЕА, дают зависимость между содержанием НКК в жидкости и в парах. Однако между этими кривыми имеется существенное различие. Кривая равновесия фаз связывает концентрации равновесных жидкой и паровой фаз, покидающих данную контактную ступень (теоретическую тарелку). Поэтому каждая точка, лежащая на кривой равновесия фаз, характеризует жидкость х„, стекающую с данной (п-й) тарелки, и равновесные пары у„, покидающие ту же тарелку (точка Е). Рабочая же линия связывает неравновесные жидкую и паровую фазы и каждая ее точка (например, £,) характеризует жидкость х„+,, стекающую на данную п-ю тарелку с вышележащей, и пары у„, поднимающиеся с данной тарелки.

При изменении массы потока флегмы (паров) по высоте концент-

Рис. IV-e. Рабочая линия для верхней части колонны иа диаграмме х-у:

1 - кривая равновесия фаз; 2 - рабочая линия

рационной части колонны уравнение рабочей линии может быть построено в координатах х, у с использованием свойств энтальпийной диаграммы.

Уравнение рабочей линии для нижней части колонны. Перейдем к анализу работы нижней части колонны. Для этого рассмотрим потоки для части колонны ниже сечения 4-4 (см. рис. IV-5). Материальный баланс для этой части колонны запишется следующим образом:

общий

д = G + W или д - G = W; (IV.IO)

и для НКК

gx = Gy + Wxvv. (IV.ll)

Из данных уравнений следует, что для любого сечения в нижней части колонны масса жидкости больше массы паров, т. е. g > G, и массы обоих потоков изменяются в одном направлении, одновременно возрастая или убывая.

Кроме того, масса флегмы д равна сумме масс остатка W и паров G, а масса НКК во флегме равна массе НКК в остатке Wx и в парах. Таким образом, жидкость, стекающую с любой тарелки нижней части колонны, можно рассматривать как состоящую из двух частей: нижнего целевого продукта (остатка W) и сопутствующей флегмы, масса и состав которой равны массе и составу встречного потока паров G.

Решив совместно уравнения (IV. 10) и (IV. 11), получим

W у-х ИЛИ

(IV. 12)

y = £lJx-. (IV.13)

Разделив числитель и знаменатель каждого слагаемого на W и обозначив паровое число через П = G/W, получим

у = -x-i. (IV.14)

П П

Уравнения (IV. 13) или (IV. 14) называются уравнением рабочей линии для нижней части колонны и устанавливают зависимость между концентрациями встречных потоков пара и жидкости в произвольном сечении нижней части колонны. Оно является общим для любого сечения отгонной части колонны и, в частности, для сечения под нижней тарелкой уравнение (IV. 13) будет иметь вид

Для всей отгонной части колонны ниже сечения 3-3 (см. рис. TV-5) уравнение рабочей линии записывается следующим образом:

y.„ = x„-f, (IV.15)