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

Можно представить, что в разделяемой многокомпонентной смеси имеется j-й компонент, для которого коэффициент распределения \(f = 1. Это может быть фактический компонент, который присутствует в смеси, или гипотетический компонент, который можно отождествить с некоторой температурой t, так как коэффициент относительной летучести является функцией температуры. Компоненты, температуры кипения которых при давлении в системе, равном л, меньше температуры t, будут преимущественно переходить в ректификат, а компоненты с температурами кипения выше будут в основном отбираться в остатке.

Температура определяет границу деления смеси между ректификатом и остатком и называется температурой границы деления смеси. Компонент, находящийся на этой границе, будет характеризоваться температурой кипения при давлении к и будет иметь одинаковые концентрации в ректификате и остатке.

Обозначив по отношению к этому компоненту коэффициент относительной летучести г-го компонента через а,,, можем записать уравнение (IV.69) в виде

S„,„=. (IV.70)

При давлении системы п и температуре коэффициент относительной летучести а,, определяют, например, по соотношению

а,у = Pj {t)/n или по уравнению (11.29).

Уравнение (IV.70) справедливо для любого компонента смеси. Если задать коэффициент распределения, например, к-го компонента, то уравнение (IV.70) можно записать так

откуда

Igo,

V<==¥r* (IV.71)

Чтобы определить составы ректификата и остатка, необходимо знать температуру границы деления смеси .

Для нахождения температуры запишем составы продуктовых потоков для 1-го компонента, воспользовавшись уравнением материального баланса (IV. 55), в которое введен коэффициент распределения компонента = xp/xi. Получим

Xi,W -

l+e(v, -l]

(IV.73)

Использовав условия = 1 и = l можем записать

следуюпще уравнения:

(IV.74)

(IV.75)

Если ввести уравнение температурной зависимости а,,, например, уравнение (11.29), записанное с использованием температуры в виде

273+

730-l,151g7i+Hlk

1791дя

(IV.76)

ТО из уравнения (IV. 74) или (FV. 75) можно найти температуру методом последовательных приближений.

С этой целью задаются величиной t, а затем рассчитывают коэффициенты относительной летучести для всех компонентов смеси по уравнению (rv.76). После этого определяют коэффициенты распределения компонентов по уравнению (IV.71) при заданном коэффициенте распределения к-го компонента \\г. Затем рассчитывают составы продуктов по уравнениям (IV.72) и (rV.73) и проверяют выполнение уравнения (IV.74) или (IV.75). В случае выполнения этих условий температура с заданной степенью точности определена правильно, а полученные составы продуктов колонны соответствуют заданному разделению. В противном случае задаются новым значением температуры и расчет повторяют в изложенной выше последовательности.

В результате расчета определяются полные составы ректификата (х,о)

и остатка (х,,) при работе колонны в режиме полного орошения.

Если в смеси будут присутствовать компоненты с высокой относительной летучестью (а,,-»оо), то хуО и в составе ректификата появятся члены вида х,д=Х;р/е.

Если же в смеси будут малолетучие компоненты т, для которых а„, -» О, то хо « О и в остатке появятся концентрации вида

При расчетах в качестве начальных условий могуг быть заданы любые две концентрации компонентов в продуктовых потоках или одна

концентрация в продуктовом потоке и величина S„ (всего шесть вариантов).

Компоненты, концентрации которых заданы в продуктовых потоках и которые определяют результаты разделения смеси, называются ключевыми.

При любом способе задания исходных параметров процесса расчет ведут методом последовательных приближений с использованием приведенных уравнений, при этом добиваются выполнения уравнения (IV.74) или (IV.75).

ПРИБЛИЖЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА РЕКТИФИКАЦИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ РАБОЧЕМ ФЛЕГМОВОМ ЧИСЛЕ

В основе многих приближенных методов расчета ректификации многокомпонентных смесей лежит утверждение о том, что изменение числа тарелок и соответственно флегмового числа практически не сказывается на составах продуктов колонны. Это положение позволяет использовать составы продуктов колонны, найденные при бесконечном флегмовом числе для определения других параметров процесса ректификации: числа тарелок, флегмового числа и др.

При сделанных допущениях минимальное флегмовое число можно определить по следующим уравнениям Андервуда:

"""=1-; (IV.77)

а,-в

1=Л„ь + 1. (IV.78)

/а,-в

где q- отношение количества тепла, которое нужно сообщить сырью для перевода его в парообразное состояние, к теплоте испарения; 9 - корень уравнения (IV.77).

Если сырье подают в парожидкостном состоянии, т.е. при некоторой доле отгона 0<е<1, то q = 1-е и l-q = е. При вводе сырья в виде кипящей жидкости q = 1, а при питании колонны насыщенным паром q = 0. Для перегретого пара q <0, для недогретой до кипения жидкости q>l.

В уравнениях (IV.77) и (IV.78) коэффициенты относительной летучести компонентов определяют при температуре ввода сырья в колонну tp. Корни 9 находятся между двумя смежными коэффициентами относительной летучести, т. е. а, > 9, > а,.,.

В общем виде зависимость между числом теоретических тарелок S, включая кипятильник и парциальный конденсатор, и флегмовым числом R может быть представлена кривой, приведенной на рис. IV-21.

Для определения координат точек этой кривой при ректификации многокомпонентных смесей можно использовать уравнение, обобщающее большой фактический материал: