Неадиабатическая ректификация в конечной колонне (оптимальные каскады)

из "Разделение многокомпонентных смесей"

Наряду с моделью термодинамически обратимой ректификации в последние годы в литературе широко обсуждается другая идеальная модель —так называемый идеальный каскад. Теория идеальных каскадов была разработана Паел-сом, Дираком и Коэном в связи с появлением необходимости разделения изотопов. Она применима для широкого класса процессов разделения изотопов, в том числе и для ректифи-кации О Недавно были сделаны попытки распространить эту теорию на разделение многокомпонентных смесей изо-топов . [c.198]
В условиях идеального каскада величина т для каждого элемента достигает максимума, а суммарный межступенчатый поток — минимума. [c.198]
Некоторые авторы делают неправомерные попытки использовать такие понятия теории идеальных каскадов, как разделительный потенциал, для оценки эффективности ректификационных установок, в том числе и при разделении ширококипящих смесей. Иногда ошибочно утверждают, что идеальный каскад обеспечивает минимальную работу разделения. [c.199]
Только для процессов разделения с необратимым элементарным актом (газовая диффузия, атмолиз и т. д.), в которых затраты энергии на разделение приблизительно пропорциональны суммарному межступенчатому потоку, идеальный каскад обеспечивает минимум затрат энергии на разделение. [c.199]
разделении изотопов осуществляют так называемое ступенчатое каскадирование Низкотемпературное га-зоразделение можно проводить в колоннах с промежуточным вводом флегмы, промежуточными кипятильниками и дефлегматорами, обогреваемыми тарелками, тепловым насосом в средней части, в разрезных колоннах, конденсационно-испарительных агрегатах и т. д.- Во всех указанных случаях подвод энергии осуществляется либо в нескольких промежуточных точках колонны, либо вдоль всей поверхности массообмена, что приводит к изменению межступенчатого парового потока. [c.199]
Ректификационные установки с промежуточным подводом энергии в настоящем разделе будем называть ректификационными каскадами, используя терминологию, сложившуюся в теории разделения изотопов. Элементами каскадов могут быть как ступени разделения, так и адиабатические секции. При рассмотрении вопроса об оптимизации возникает широкий круг задач, которые можно классифицировать по виду элементов каскада (ступень разделения, адиабатическая секция или элементарный участок насадочной колонны) по функции критерия оптимальности (работа разделения, суммарный межступенчатый поток, приведенные затраты на разделение) по характеру разделяемой смеси (бинарная или многокомпонентная). [c.199]
Большой интерес представляет расчет термодинамически оптимального процесса разделения в реальной колонне, т. е. в колонне с конечным числом ступеней. Знание такого процесса позволит указать направление необходимого термодинамического усовершенствования и его возможный предел. [c.200]
Работа термодинамически оптимального разделения в колонне с данным числом ступеней может служить эталоном, определяющим к. п. д. реальных промышленных установок как адиабатических, так и неадиабатических. [c.200]
Сравнение с термодинамически минимальной работой разделения не позволяет в полной мере оценить возможности термодинамического усовершенствования реальных процессов. Последние осуществляются в конечных колоннах, поэтому наряду с общим (по отношению к обратимой ректификации) к. п. д. практическое значение имеет к. п, д. по отношению к термодинамически оптимальной ректификации, с данным числом ступеней изменения концентрации. Следует отметить, что работа разделения в конечной колонне (в отличие от бесконечной) в значительной степени зависит от физических свойств разделяемой смеси (в первую очередь от относительных летучестей компонентов). [c.200]
Форма термодинамически оптимального каскада с конечным числом ступеней разделения (зависимость V—х) может существенно отличаться от формы обратимого каскада. Поэтому термодинамическое усовершенствование процессов разделения тех или иныхг смесей должно основываться на анализе термодинамически оптимального процесса в реальной колонне, причем необходимо по возможности точно учесть физические свойства разделяемой смеси. [c.200]
Наряду с задачей расчета такого процесса большое пр а к-тическое значение (особенно для разделения изотопов) имеет задача расчета каскада, оптимального в экономическом отношении (т. е. с учетом капитальных и других затрат на разделение). Как отмечалось выше, аналитически были решены только простейшие задачи оптимизации ректификационных каскадов (идеальный каскад, а также ступенчатый каскад при очень малых концентрациях изотопов - ). [c.200]
Большинство задач, представляющих теоретический и практический интерес, в том числе задачи расчета минимальной работы разделения в реальной колонне и точного расчета экономически оптимального каскада для разделения изотопов, аналитически неразрешимы. Очевидно, что для подобных Задач можно с большой эффективностью использовать метод динамического программирования. [c.200]
Указанный Интеграл пропорционален затрачиваемой тепловой энергии, идущей непосредственно на совершение работы разделения, с учетом ее ценности. Очевидно, что подобная задача может быть решена методом динамического программирования на основе сформулированной общей минимальной необратимости процесса без каких-либо дополнительных термодинамических предпосылок. Полученные результаты можно распространить на многокомпонентные системы, что, в свою (рчередь,. вероятно, позволит подойти к определению общего критерия стоимости разделения смеси произвольного состава на заданной установке. Такой критерий необходим для оптимального проектирования технологических процессов. [c.201]
Аналогичные уравнения справедливы для верхней секции колонны. [c.202]
Левая часть неравенства отражает возрастание концентрации легкого компонента при движении снизу вверх правая часть вытекает из уравнения (VI, 109), которое теряет физический смысл при нарушении неравенства. [c.202]
Указанная задача может быть решена методом динамического программирования. Нахождение оптимального Состояния системы достигается постепенно, путем многошагового изменения ее переменных, т. е. путем многошагового решения, В классических методах (вариационные исчисления) процесс решения представляется, по существу, как некоторый единый шаг. При методе динамического программирования оптимальные решения принимаются для каждого шага (т. е. в каждом состоянии системы). Таким образом, удается многомерную задачу свести к одномерной. [c.202]
Последовательность должна быть такой, чтобы с ростом р отрезки [й/.Ь/] приближались к величине х° , накрывали ее и стягивались к ней. [c.203]
Согласно описанному алгоритму, трубка перемещается в фазовом пространстве без изменения радиуса до тезе пор, пб ка не накроет (хотя бы частично) оптимальную траекторию л / , после чего начинает автоматически стягиваться к ней.. При этом стягивание на отдельных участках трубки может Сопровождаться перемещением на других участках. [c.204]
Для каждой двухмерной точки (з,, 5j+l) запоминается оптимальная точка (3 -1). Этот процесс повторяется от тарелки к тарелке . Важным свойством, обусловленным структурой функции критерия оптимальности (VI,107), является то, что добавление новых звеньев не влияет на величину функции (VI,107) для всех предыдущих звеньев. [c.205]
На всех тарелках, кроме первой и трех последних, запоминается (А+1)2 оптимальный параметр. При этом, исходя из объема запоминающего устройства машины, целесообразно запоминать не величины а только номера -точек -ь На (Л —2)-й тарелке запоминается (А 4-1) оптимальный параметр. Наконец, на (Л —1)-й тарелке выбирается одна оптимальная точка, соответствующая последнему уравнению системы (VI,117). После этого по и выбирается из памяти затем по 5 -1 и выбирается и т. д. [c.205]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология