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

Рис. IV-12. Рабочие линии нижней части колонны иа энтальпийной диаграмме

прямой, проходящей через три точки: ранее известный полюс Р (х, Л) (см. также рис. IV-10), G(y, Hj-) и g(x. Л,) (см. рис. IV-12).

Уравнение (IV.32) связывает составы и энтальпии встречных потоков флегмы и паров, являющихся встречными на одном уровне; это уравнение рабочей линии нижней части колонны.

Каждому сечению нижней части колонны соответствует своя рабочая линия, проходящая через полюс Р. Таким образом, все рабочие линии нижней части колонны образуют пучок прямых, проходящих через полюс f. Это обстоятельство позволяет получить на энтальпийной диаграмме совокупность точек {х, у}, координаты которых отвечают уравнению рабочей линии нижней части колонны. Перенеся эти точки на диаграмму х-у, можно построить рабочую линию для случая изменения потоков паров и флегмы по высоте нижней части колонны (см. далее).

Уравнение (IV.32) применимо для любого сечения нижней части колонны и дает возможность проанализировать степень изменения потоков паров и флегмы по высоте аппарата.

При заданном составе остатка х, положение полюса F зависит от относительной массы паров G/W или, что то же самое, от величины Од/Ж С увеличением потока паров полюс Р будет перемещаться вниз и при (Оа/Щ оо уйдет в бесконечность. В этом случае рабочие линии образуют систему вертикальных параллельных прямых. Наиболее высокое положение полюса Р; соответствует режиму с минимальным потоком паров (Oe/W)„i„, когда число тарелок в колонне бесконечно велико, а пары, поднимающиеся из нижней части колонны, находятся в равновесии с жидкостью, стекающей в нижнюю часть колонны.

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОТОКОВ ПАРОВ И ФЛЕГМЫ ПО ВЫСОТЕ КОЛОННЫ НА РАБОЧУЮ ЛИНИЮ

Из анализа обобщенной записи уравнений рабочих линий с учетом тепловых потоков [см. уравнения (IV.31) и (IV.32)] вытекает, что вследствие возможного изменения энтальпий встречных потоков паров и флегмы зависимость между составами этих потоков (уравнение рабочей линии) может быть нелинейной. Поскольку тангенс угла наклона рабочей линии равен:

для концентрационной части колонны Ф =-;

для отгонной части колонны Ф = ,

то при изменении потоков по высоте аппарата Ф будет величиной переменной, зависящей от характера этого изменения.

Степень изменения массы потоков, а также характер изменения (уменьшение или увеличение по высоте колонны в соответствующем направлении) зависят от отношения потоков g и G, их составов и энтальпий, определяемых величинами теплоемкостей и скрытыми теплотами испарения (конденсации) компонентов, участвующих в процессе.

В ректификационной колонне осуществляется контактирование паров и жидкости. В результате такого контакта в произвольном сечении колонны пары охлаждаются и частично конденсируются, а выделяющееся при этом тепло затрачивается на нагрев и частичное испарение жидкости.

Очевидно, что масса жидкости, поступающей на данную тарелку и уходящей с этой же тарелки, не изменяется, если в результате происшедшего контакта паров и жидкости масса сконденсированных паров будет равна массе испарившейся жидкости. Если в результате такого контакта масса сконденсировавшихся паров будет больше массы испарившейся жидкости, то масса стекающей с данной тарелки флегмы будет больше массы флегмы, поступившей на данную тарелку. В этом случае поток флегмы будет увеличиваться по направлению снизу вверх. Соответственно будет изменяться и поток паров в концентрационной части колонны.

в результате этих процессов рабочая линия концентрационной части колонны приобретает соответствующую кривизну (рис. IV-13).

Как видно из рис. IV-13, для кривой 1, соответствующей нарастанию потока флегмы (паров) снизу вверх, имеем максимальную движущую силу процесса, тогда как для кривой 3, отвечающей случаю возрастания потока флегмы (паров) сверху вниз, имеем минимальную движущую силу процесса, в этом смысле форма рабочей линии 1 является предпочтительной.

Для нижней (отгонной) части колонны уравнение (IV.32) рабочей линии, записанное с учетом потоков массы и тепла, определяет конфигурацию рабочей линии на диаграмме х-у (см. рис. IV-13). Как и в верхней части колонны, соотношение потоков паров, сконденсированных в результате контактирования с флегмой, и испарившейся при этом флегмы определяет степень кривизны и ее знак. Если масса потока паров (кривая 4) возрастает снизу вверх, то рабочая линия обращена выпуклостью вверх. Если же масса паров увеличивается сверху вниз (кривая 6), то рабочая линия обра-

Рис. IV-13. Измеиеиие конфигурации рабочей линии иа диаграмме хРу при переменном потоке флегмы (паров) по высоте колонны:

Поток флегмы в концентрационной части: J - увеличивается снизу вверх; 2 - постоянен; 3 - уменьшается снизу вверх; поток паров в отгонной части; 4 - увеличивается снизу вверх; 5 - постоянен; 6 -уменьшается снизу вверх; 7 - кривая равновесия фаз

щена выпуклостью к оси абсцисс. С точки зрения величины движущей силы процесса этот вариант является более благоприятным.

Таким образом, при ректификации бинарных смесей в случае увеличения потоков флегмы и паров к продуктовым концам колонны удается реализовать большую движущую силу процесса массопередачи по сравнению со случаем постоянного потока флегмы (паров).

При работе реальной ректификационной колонны возможны различные сочетания рассмотренных выше случаев изменения кривизны рабочих линий в обеих частях колонны.

ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЛИНИИ НА ДИАГРАММЕ X-Y ПРИ ПОМОЩИ ЭНТАЛЬПИЙНОЙ ДИАГРАММЫ

Энтальпийные диаграммы позволяют производить все необходимые расчеты ректификации бинарных систем, однако для определения положения конод на энтальпийной диаграмме требуется привлекать графики изобарных температурных кривых. Это существенно усложняет графические построения с использованием энтальпийных диаграмм.

Изменение потоков по высоте колонны можно выявить, как это было показано ранее, с использованием уравнений (IV.31) и (IV.32) рабочих линий. Однако для этого необходимо знать распределение температур по высоте аппарата, что зачастую требует достаточно громоздких расчетов.

В случае изменяющихся потоков флегмы и паров построение рабочих линий на диаграмме х-у для обеих частей колонны достаточно просто осуществляется при помощи энтальпийной диаграммы. Схема такого построения приведена на рис. IV-14.

В соответствии с общим свойством энтальпийной диаграммы все рабочие линии являются на ней прямыми, которые для концентрационной части колонны проходят через полюс Р(Уо, Яд), а для нижней части колонны - через полюс Р(Хц,, Л). Точки пересечения этих прямых с кривыми энтальпий жидкой и паровой фаз определяют соответствующие кон-