ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет колонн для ректификации многокомпонентных смесей из "Оборудование производств Издание 2" Расчет включает определение главных габаритных размеров — диаметра и высоты, а также размеров отдельных элементов конструкции колонн для насадочных — высот слоев насадки в исчерпывающей и укрепляющей частях, для тарельчатых — элементов тарелок и расстояний между ними. Расчет диаметров колонн и элементов конструкций тарельчатых колонн достаточно освещен в литературе по процессам и аппаратам химической технологии. Поэтому в дальнейшем эти расчеты рассматриваться не будут, за редким исключением (например, определение диаметра колонн экстрактивной дистилляции). [c.374] Основным вопросом, который нас будет интересовать, является определение высоты ректификационных колонн. Следует указать, что методы расчета колонн для ректификации бинарных смесей достаточно хорошо известны. Зато расчеты колонн, предназначенных для разделения многокомпонентных смесей, а также для эк-страктивной ректификации, значительно труднее, и их необходимо рассмотреть. [c.374] Ректификация многокомпонентных смесей очень широко распространена в промышленности ООС и СК. Собственно говоря, все смеси, которые подвергаются ректификации, являются многокомпонентными. Однако очень часто в них лишь два компонента существенны как по количеству, так и по значению. Остальные же — примеси. Такие смеси для расчетов размеров колонн могут рассматриваться как бинарные. [c.374] Расчет ректификационных колонн для таких случаев необходимо вести специальными методами, учитывающими особенности многокомпонентных систем и взаимное влияние отдельных компонентов. [c.375] Процесс многокомпонентной ректификации в аппаратах со ступенчатым контактом (в частности, тарельчатых) описывается системой нелинейных алгебраических уравнений, неразрешимых относительно неизвестных. Описание процесса в аппаратах с непрерывным контактом (насадочных колоннах) представляет собой систему обыкновенных нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений с граничными условиями (заданными системой алгебраических уравнений). [c.375] Ввиду изложенного аналитический расчет процессов многокомпонентной ректификации невозможен. Его выполняют методом последовательных приближений с применением ЭВМ. Вместе с тем существует много приближенных методов, выбор между которыми сделать не просто. Существующие методы могут быть разделены на три группы 1) основанные на выборе ключевых пар компонентов 2) основанные на расчетах составов на всех тарелках колонны (потарелочные методы) и 3) смешанные методы. [c.375] Наиболее простыми являются первые, с помощью которых система так или иначе сводится к бинарной. Физически эти методы обоснованы недостаточно и дают ненадежные результаты. [c.375] Потарелочные методы, наоборот, дают довольно правильное представление о распределении компонентов разделяемой смеси по высоте колонны и, таким образом, позволяют определить с достаточной точностью число тарелок, необходимое для достижения требуемой степени разделения. Однако расчеты по этим методам очень громоздки. [c.375] Смешанные методы сочетают представление о ключевых компонентах с истинными составами на тарелках колонны и учитывают влияние остальных компонентов на равновесие ключевых. Расчеты по смешанным методам проще, чем по потарелочным, и достаточно точны. Однако они не дают представления о распределении веществ по всей высоте колонны. [c.375] Было найдено, что наилучшие результаты получаются при расчете колонн для многокомпонентной ректификации потарелочными методами Тиле и Геддеса, а также Андервуда Последний метод чрезвычайно сложен, и расчет систем с числом компонентов более четырех без применения специальных способов (например, электронных вычислительных машин) невозможен. Поэтому в качестве основного точного метода расчета рекомендуется метод Тиле и Геддеса. Из метода Андервуда целесообразно взять лишь определение величины минимального орошения, которое осуществляется довольно просто и точно. [c.376] С большим успехом можно пользоваться смешанным методом Хенгстебека. Он дает почти такие же результаты, как и метод Тиле и Геддеса, но не позволяет рассчитать составы жидкости и пара на всех тарелках колонны. Во многих же случаях этого и не требуется. Поэтому метод Хенгстебека может применяться довольно широко, преимуществом этого метода является также то, что он дает возможность определить положение питающей тарелки. [c.376] Часто (и справедливо) отвергаются методы, основанные на ключевых компонентах. Однако для быстрых ориентировочных расчетов этими методами пользоваться можно. В частности, можно рекомендовать комбинированный метод Фенске — Джиллиленда. [c.376] Сравнительный анализ расчета процесса многокомпонентной ректификации по методам Малкова, Кравец и Арона (в конденсационно-отпарных и абсорбционно-отпарных колоннах), Михайловского, Львова, а также Хенгстебека был осуществлен Берго и Платоновым. Для этого ими был проведен ряд типовых расчетов процесса многокомпонентной ректификации по всем перечисленным методам ,-результаты расчетов сравнивались с точными данными, получен1гыми по методам, основанным на представлении о теоретической тарелке. На основании полученных результатов Берго и Платонов пришли к следующим основным выводам. [c.376] Метод Михайловского оказывается совершенно ненадежным при расчете процесса с отбором в виде дистиллята более одного компонента и дает неудовлетворительный результат при расчете ректификации смесей близкокипящих компонентов. [c.376] США и может быть рекомендован для практических расчетов процесса многокомпонентной ректификации. В дальнейшем рассматриваются методы Тиле и Геддеса, Хенгстебека и комбинированный метод Фенске — Джиллиленда. [c.377] Все расчеты высоты колонны для многокомпонентной ректификации состоят из трех основных этапов 1) расчет материального баланса ректификации по компонентам (составы дистиллята и кубового продукта) 2) определение величины минимального, а затем и реального флегмового числа 3) аналитическое и графоаналитическое определение числа теоретических тарелок с использованием констант фазового равновесия компонентов разделяемой смеси. [c.377] Первые два этапа аналогичны и обязательны для всех методов расчета. Поэтому их целесообразно рассмотреть отдельно, а затем уже перейти к изложению упомянутых трех методов Фенске — Джиллиленда, Хенгстебека и Тиле —Геддеса. [c.377] Для составления материального баланса многокомпонентной ректификации лучше использовать производственные или лабораторные данные (если они есть) о составе дистиллята при заданном составе питания. [c.377] Зная О, находят количество всех компонентов (по заданному составу). Количество компонентов в кубовом продукте определяют по разности и затем вычисляют состав. [c.377] При отсутствии опытных данных о составе дистиллята материальный баланс можно рассчитать по методу Михайловского. [c.377] Вернуться к основной статье