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

зованием уравнений (IV.39) и (IV.40), получим уравнения для расчета числа теоретических тарелок колонны при рабочем флегмовом (паровом) числе: для концентрационной части

N, = --1; (IV.41)

для отгонной части

N„= " --1. (IV.42)

Iga;

Из правых частей уравнений вычтено по единице, чтобы учесть эффект разделения в парциальном конденсаторе и кипятильнике. Общее число тарелок в колонне равно

N = + N..

Переходя к исходным координатам х, у, запишем уравнения (IV.41) и (IV.42) в виде

,д Ур - У1 УII - Уш

дг = Уп-Ур У-П-У1 1 1 + (а,-1)х„

1 + {а,-1)х,

m -1 11 -W

l + (a„-l)x,

Коэффициенты относительной летучести для концентрационной и отгонной частей колонны в общем случае не равны и должны определяться для каждой части колонны в отдельности.

Поскольку в начале расчета концентрация y„ и x„ не известны, то их принимают равными концентрациям соответствующих потоков, полученным при ОИ сырья, т.е. У„ = У и х„ = х.

Для бесконечного внутреннего флегмового числа (Ф = 1) полученные уравнения приводятся к уравнению Фенске.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ФЛЕГМОВОГО (ПАРОВОГО) ЧИСЛА

В ректификационной колонне заданные составы ректификата Ус и остатка могут быть получены при различных флегмовых (паровых) числах и соответствующих числах теоретических тарелок.

Ранее было отмечено, что при бесконечном флегмовом (паровом) числе в колонне будет минимальное число тарелок Nu,.

Рис. IV-21. Зависимость числа теоретических тарелок в колонне от флегмового числа

Рис. TV-22. Графическое определение оптимального флегмового числа, соответствующего минимальному объему колонны

тя+1)

тк+1)

При уменьшении флегмового (парового) числа число тарелок в колонне увеличивается. При минимальном флегмовом числе Rjam (паровом числе Ц) число тарелок, обеспечивающих заданное разделение исходной смеси, возрастает до бесконечно большого.

Общий вид зависимости числа теоретических тарелок от флегмового числа приведен на рис. IV-21. Произвольная точка (например, / или 2) на таком графике отвечает определенным числам теоретических тарелок и флегмовому числу. Подобный график может быть построен с использованием любого из рассмотренных выше способов определения числа теоретических тарелок в колонне.

Таким образом, количество орошения и необходимое число тарелок, а следовательно, и высота колонны в определенных пределах являются взаимосвязанными величинами, при этом четкость разделения будет оставаться одной и той же.

В этой связи при расчете ректификащюнной колонны стремятся выбрать оптимальное флегмовое число которое обеспечивало бы заданные показатели процесса при минимальных эксплуатационных и капитальных затратах.

Поскольку масса паров пропорциональна величине R + 1, то величина /? -I- 1 пропорциональна площади поперечного сечения колонны, а произведение числа теоретических тарелок N на R + 1 пропорционально объему колонны. Если построить зависимость величин N(R + 1) от /?, то получится кривая с минимумом в точке А, который и определяет величину оптимального флегмового числа (рис. IV-22), соответствующего минимальному объему колонны.

Оценка величины оптимального флегмового числа по различным критериям показывает, что в большинстве практических случаев оптимальное флегмовое число равно

= (1,2-ь1,35)/г,,,.

В каждом отдельном случае выбор оптимального флегмового числа может быть сделан также с учетом специальных требований, предъявляемых к процессу ректификации и к аппаратуре для ее осуществления.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТАРЕЛКИ

Рассмотренные методы расчетов позволяют определить число теоретических тарелок, обеспечивающее достижение состояния равновесия между покидающими данную тарелку потоками пара и жидкости (см. рис. 1-13).

На реальной тарелке такое состояние может не достигаться, поэтому изменение концентраций потоков в пределах данной контактной ступени обычно меньше, чем на теоретической тарелке.

Рассмотрим изменение концентраций потоков паров и жидкости для теоретической и реальной тарелок на диаграмме х-у (рис. IV-23).

Пусть на л-ю тарелку поднимаются пары состава у„ , с (л - 1)-й тарелки, а с (л -I- 1)-й тарелки стекает жидкость состава х„+, (рис. IV-23, а). При принятом флегмовом числе, определяющем положение рабочей линии DB (рис. IV-23, б), состав паров, поднимающихся с л-й тарелки, и состав жидкости, стекающей с этой тарелки, будут определяться ординатой точки С, если тарелка теоретическая. Состав уходящих с л-й теоретической тарелки паров будет у* и изменение концентраций на двух смежных тарелках составит у* - у„ ,. На реальной тарелке пары, поднимающиеся с л-й тарелки, обычно не достигают состояния равновесия и имеют более низкую концентрацию у„ (ордината точки Е). В случае реальной тарелки фактическое изменение концентраций паров составит у„ - у„ ,.

Отношение фактического изменения концентраций парового потока к теоретическому, определяемому состоянием равновесия на тарелке, называется эффективностью тарелки по парам:

Рис. IV-23. Изменение концентраций жидкости и паров иа теоретической и реальной тарел-каж:

а - схема потоков; - диаграмма х-у