ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выбор условий хорошего барботадаа, типа тарелок и оборудования колонны из "Основы теории и расчета перегонки и ректификации" Ректификация бинарных систем является процессом разделения растворов на один или два практически чистых компонента путем осуществляемого в ректификационной колонне многократного двустороннего массообмена между движущимися противотоком парами и жидкостью. [c.121] Хотя в промышленной практике сравнительно редко встречаются случаи разделения двухкомпонентных систем, теория ректификации бинарных смесей имеет большое познавательное значение, ибо позволяет со всей отчетливостью выявить приемы п. методы исследования процесса, происходящего в ректификационном аппарате, и представить результаты такого изучения на весьма наглядных расчетных диаграммах. Используя графические приемы, удается наиболее просто представить принципы расчета различных режимов работы колонны, носящие общий характер и равно приложимые и к более трудным случаям, когда разделению подвергается уже не бинарная, а значительно более сложная многокомпонентная система. [c.121] Взаимодействие фаз прп ректификации представляет собой диффузию низкокипящего компонента из жидкости в пар и высококипящего компонента из пара в жидкость, обусловленную разностью концентраций компонентов в массообменивающихся потоках паров и жидкости. Основным условием эффективного обмена веществом менлду фазами является их как можно более интенсивный контакт. [c.121] Способ контактирования фаз внутри колонны ступенчатый (на тарелках) или непрерывный (вдоль слоя насадки), оказывает существенное влияние на глубину достигаемого разделения и па методы анализа и расчета нроцесса в целом. [c.121] Если две неравновесные фазы, паровую и жидкую, привести во взаимный контакт и создать возможно более благоприятные условия для массопередачи, а затем после обмена веществом и энергией отделить эти фазы одну от другой каким-нибудь механическим способом, то всю такую операцию в целом принято называть одной ступенью контакта. Механизм работы тарельчатой колонны, взятый в чистом виде, состоит в том, что ее тарелки действуют как ряд вполне самостоятельных ступеней контакта для встречающихся и перемешивающихся паровых и жидких потоков. Существенно, что на тарелках колонны истинный противоток паров и флегмы полностью нарушается (чего не происходит в насадочной колонне), и контактирующие фазы обмениваются веществом и энергией вследствие стремления взаимодействующих сред к состоянию равновесия. [c.122] Чтобы установить эталон для оценки работы тарелок колонны, вводится понятие об идеальной контактной ступени или теоретической тарелке, характеризующейся тем, что в ходе массообмена взаимодействующие потоки достигают равновесного состояния. [c.122] Степень приближения контактирующих фаз к равновесию, реализуемая в практической ступени, условно определяется как ее эффективность или коэффициент полезного действия. [c.122] На тарелках ректификационной колонны, могущих иметь самую различную конструкцию, осуществляется интенсивное взаимодействие между восходящим паровым и нисходящим жидким потоками. В предельном случае работы тарелки энергообмен между соприкасающимися парами и жидкостью приводит к выравниванию их температур, в результате обмена веществом устанавливаются равновесные значения составов фаз, и процесс их взаимодействия прекращается, так как парожидкая система приходит в равновесное состояние. Пары и жидкость отделяются друг от друга, и процесс продолжается вследствие нового контактирования этих фаз уже на следующей ступени с другими жидкими и паровыми потоками. [c.122] Гипотеза теоретической тарелки не воспроизводит в точности действительной картины явления, нротекаюш его в контактной ступени, ибо основана на статическом представлении процесса. Тем не менее эта концепция позволяет осуществить анализ и расчет процесса разделения псходной смеси в ректификационной колонне и получить достаточно близкую к действительности картину реального процесса, несмотря на наше неумение вполне компетентно и всесторонне исследовать сложные явления массопередачи, происходящие на практической ступени контакта. Другим обоснованием целесообразности разработки термо-динамической теории ректификации является установившийся, по-видимому, окончательно взгляд, согласно которому ис- I следование и определение эф-фективности практических ступеней разделения оказывается, как правило, задачей менее трудной, чем непосредственное изучение диффузионной картины процесса ректификации в реальной колонне. Таким образодЕ, термодинамическая теория ректификации является пока первой ступенью общей теории ректификации. Для суяедения о направленности самопроизвольных процессов энергообмена и массообмена в отдельно взятой контактной ступени следует рассмотреть ее работу на основе метода теоретической тарелки. [c.123] Диаграмма процесса, протекающего на теоретической тарелке. [c.123] Цель расчета ректификационной колонны состоит в том, чтобы на основе анализа ее рабочего режима и процессов, происходящих на контактных ступенях, установить для каждой пз них степень обогащения фаз н тем самым получить возможность судить о пеобходи-Рпс. III.2. Схема трехступенчатого каскада, мом для назначенного разделения числе тарелок и о составах, количествах, температурах и давлениях потоков паров и флегмы по всей высоте колонны нри установившемся режиме ее работы. [c.124] Процесс ректификации может осуществляться двумя принципиально различающимися способами непрерывным и периодическим. Вначале будет рассмотрен непрерывный процесс, на основе теории которого построен метод расчета периодического процесса ректификации. [c.124] При непрерывном процессе ректификации в установившемся состоянии величины паровых и жидких потоков, их составы, температуры и давления постоянны в каждой точке по высоте колонны и независимы от времени. На рис. П1.3 приведена принципиальная схема работы так называемой полной ректификационной колонны, сверху которой отводится практически чистый низко-кипящий компонент, а снизу — высококинящий. Паровые потоки внутри колонны обозначаются через О, а жидкие — через g. Нижние индексы указывают контактную ступень (тарелку), с которой данный поток отводится. [c.124] В общем случае сырье поступает в колонну в двухфазном парожидкостном состоянии. Сечением ввода сырья колонна разделяется на две части верхнюю — укрепляющую секцию и нижнюю, обычно называемую отгонной. Самая верхняя тарелка / отгонной секции называется тарелкой питания и, в отличие от остальных, выполняет кроме обычных функций разделительной ступени еще и функции смесителя жидкой фазы сырья и потока флегмы g , стекающего с нижней тарелки укрепляющей секции. Смешение же паровой фазы сырья с паровым потоком поднимающимся с тарелки питания, происходит в эвапорационном пространстве между тарелкой питания и нижней ступенью укрепляющей секции (см. рис. 111.24). [c.124] Чтобы в укрепляющей секции создать встречный парам жидкий поток, наверху колонны устанавливается парциальный конденсатор, в котором часть поднимающихся с верхней тарелки паров конденсируется и возвращается обратно в виде жидкого орошения gQ. Чтобы в отгонной секции создать встречный флегме паровой поток, внизу колонны устанавливается парциальный кипятильник, в котором часть жидкости, стекающей с нижней тарелки, испаряется и возвращается в виде парового орошения Сд. [c.125] Несконденсировавшиеся в парциальном конденсаторе пары — это верхний продукт колонны — дистиллят В состава у о, обычно близкого к единице. Жидкий остаток процесса однократного выкипания в парциальном кипятильнике есть нижний продукт колонны — остаток, И, состава Хц, обычно близкого к нулю. Таким образом, дистиллят В колонны является практически чистым НКК, а остаток — практически чистым ВКК. [c.125] Как нижняя, так и верхняя секции полной колонны могут работать и отдельно друг от друга, как самостоятельные отгонная или укрепляющая колонны. В отличие от рассмотренной выше полной колонны такие колонны называются неполными, ибо позволяют в практически чистом виде получать только один из компонентов системы отгонная — ВКК, а укрепляющая — НКК. Получение же обоих компонентов системы в практически чистом виде в неполных колоннах оказывается экономически нецелесообразным из-за чрезмерно большого расхода энергии. [c.125] При выборе тина ректификационной колонны для проектируемого разделения следует иметь в виду, что тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн, однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн растет намного быстрее для приблизительной грубой оценки можно считать, что стоимость насадочной колонны растет пропорционально квадрату диаметра, а колпачковой — диаметру в первой степени. Следовательно, за пределами некоторого граничного значения диаметра использование тарельчатых колонн должно быть более экономичным. [c.126] Длительный опыт промышленной эксплуатации насадочных колонн показал целесообразность их использования при диаметрах не больше 0,8 м. При дальнейшем увеличении диаметра насадоч-ной колонны ухудшается равномерное распределение флегмы но насадке, образуются каналы, по которым преимущественно устремляется флегма, и эффективность колонны резко снижается. Вследствие большой производительности нефтезаводских установок в переработке нефти редко встречаются колонны диаметром меньше 1 м этим в значительной степени объясняется слабое распространение насадочных колонн в нефтяной промышленности. К сожалению, насадочные колонны обладают недостаточной гибкостью в работе, выражающейся в необходимости сравнительно больших флегмовьтх чисел кроме того, в них трудно поддерживать стабильный режим работы. [c.126] Явление барботажа в колонне состоит в контактировании паров и флегмы путем пропускания восходящего парового потока через слой жидкости, движущейся по тарелке. [c.126] Вернуться к основной статье