ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы разделения многокомпонентных систем из "Основы массопередачи Издание 3" В отличие от бинарной смеси при разделении многокомпонентной смеси не все компоненты, которые находятся в исходной смеси, присутствуют в верхнем и нижнем продуктах. Наиболее легкие компоненты концентрируются в дистилляте, наиболее тяжелые — в остатке, и только компоненты промежуточной летучести в определенных соотношениях распределяются между обоими целевыми продуктами. Между тем на питающей тарелке присутствуют все компоненты исходной смеси. Здесь возникает необходимость в увязке расчета распределения концентраций верхней и нижней частей колонны с положением питающей тарелки. [c.61] При дистилляции многокомпонентных систем вводится условное понятие ключевых компонентов, определяющих ход процесса разделения. Ключевыми компонентами называются условно такие, которые определяют границу разделения смеси на две части все компоненты исходной смеси более летучие, чем легкий ключевой компонент, попадают только в дистиллят, а все компоненты менее летучие, чем тяжелый ключевой компонент, попадают только в кубовую жидкость. Легкий и тяжелый компоненты не обязательно должны быть смежными, непосредственно примыкающими друг к другу компонентами на шкале летучести. Между ними могут оказаться и другие компоненты промежуточной летучести, различным образом распределяющиеся между дистиллятом и остатком. Так, например, при разделении многокомпонентной смеси углеводородов (от метана до гептана включительно) при выборе в качестве легкого ключевого компонента пропана и тяжелого ключевого компонента -бутана в смеси может оказаться изобутан, летучесть которого лежит между летучестью ключевых компонентов. Этот компонент объединяют с близлежащими к нему ключевым компонентом (в приведенном примере с н-бутаном). Состав тяжелого ключевого компонента определяют по разности между 1 и суммой составов легкого ключевого компонента и легких компонентов. [c.61] Минимальная флегма в колоннах разделения двухкомпонентной системы соответствует минимальной движущей силе процесса или соответственно минимальному изменению концентраций. Зона минимального изменения концентраций или зона условно постоянных концентраций располагается в окрестности питающей тарелки. Для двухкомпонентной системы существует одна такая зона. При разделении многокомпонентных систем (более чем трех) зон постоянных концентраций уже две. [c.61] Если в смеси, подлежащей разделению, отсутствуют компоненты, летучесть которых больше летучести Л л к, то все компоненты смеси будут представлены в кубовой жидкости, и нижняя зона постоянной концентрации (зона 2) окажется смежной, примыкающей к тарелке питания. Если отсутствуют компоненты более тяжелые, чем то все компоненты будут представлены в дистилляте, а верхняя зона постоянной концентрации (зона 4) непосредственно будет примыкать к тарелке питания. [c.62] Разделение бинарной смеси при минимальной флегме является предельным случаем здесь обе зоны постоянной концентрации непосредственно примыкают к тарелке питания. [c.62] Типичный график распределения компонентов по тарелкам при разделении многокомпонентных систем представлен на рис. 32. Так, на рис. 32 представлено отделение пропана (Сд) и более легких компонентов (С2) от бутана (С4) и более тяжелых компонентов (С5, Се), при этом верхний продукт отводится в виде газа. Концентрация компонентов более легких, чем пропан, ниже тарелки питания падает очень быстро, а концентрация компонентов более тяжелых, чем бутан, падает быстро выше нее. В результате содержание компонентов более легких, чем пропан, ничтожно в кубовом продукте и содержание компонентов более тяжелых, чем бутан, ничтожно в верхнем продукте. [c.63] Расчет обычно ведут от нижнего и верхнего концов колонны к тарелке питания. Если требования к составам продуктов довольно жесткие, то составы, полученные на тарелке питания, при расчете сверху и снизу должны точно увязываться. Чтобы быстрее достичь сходимости между фактическим и рассчитанным составом, перед тем как начать расчет от тарелки к тарелке, необходимо точно задать концентрации компонентов, которыми можно пренебречь в верхнем и кубовом продуктах. Например, концентрация какого-либо тяжелого компонента рассчитывается на какой-либо ступени ректификации приблизительно пропорционально концентрации, принятой для него в верхнем продукте. Так, если корректируется концентрация тяжелого компонента, величина которой в верхнем продукте составляет 10 мол. доли, а была принята в расчетах 10 мол. доли, то все рассчитываемые концентрации этого компонента в верхней части колонны должны быть выше в 10 раз. Аналогичный прием должен быть использован и для исчерпываюш,ей части колонны (стриппинг колонны). Даже небольшие ошибки в концентрациях пренебрежимых компонентов в продуктах могут, следовательно, вызвать большие отклонения в вычисленных составах вблизи тарелки питания, где действительные концентрации всех компонентов могут быть существенными (см. рис. 31). К сожалению, отсутствуют методы, позволяющие точно предсказать в общем случае, как распределяются неключевые компоненты в верхнем и нижнем продуктах. Поэтому принятое в начале расчета распределение достигается только после использования итерационных процедур расчета от тарелки к тарелке . [c.63] Проектирование ректификационных колонн для разделения многокомпонентных смесей предполагает определение шести проектных переменных — число тарелок, номер тарелки питания, флегмовое число, доля отбора дистиллята, доля парового потока в питании, давление в колонне, обеспечивающих получение продуктов разделения заданного качества при минимальном значении целевой функции. [c.63] Среди проектных переменных наиболее трудноопределяемыми являются флегмовое число и общее число тарелок. [c.63] В настоящее время расчет процессов разделения многокомпонентных смесей производится на вычислительных машинах методом математического моделирования (см. гл. X). [c.63] Вернуться к основной статье