Число теоретических ступеней разделения (число теоретических тарелок)

При расчете ректификационных колонн наиболее простой, однако недостаточно обоснованный подход состоит в использовании понятия эффективности т](.р самого колонного аппарата, определяемой как отношение числа теоретических ступеней, требующихся для данного разделения, к числу действительных ступеней, осуществляющих такое разделение. Эффективность т](.р, представляющая таким образом некий средний к. п. д. реальной тарелки, может быть получена на основе обобщения опытных данных, полученных при обследовании действующих колонн, и сравнения этих данных с числом теоретических ступеней, полученным по расчету. При этом подходе на величине среднего к. п. д. тарелки сказываются не только неточности опытного обследования, но и допущения, принимаемые в том или ином методе расчета числа теоретических тарелок. [c.208]

Отклонение реальной тарелки от нормы для теоретической ступени контакта имеет следствием сужение разрыва между составами фаз па смежных тарелках, приводящее к увеличению числа реальных тарелок против теоретически необходимого для данного разделения. Причины подобного рода отклонений оказываются самыми разнообразными и зависят от множества условий, определяемых как рабочими параметрами режима колонны — давлением, температурой, количествами паровых и жидких потоков, так и свойствами разделяемой системы — плотностью и вязкостью паров и флегмы, относительной летучестью ее компонентов, поверхностным натяжением насыщенной жидкости. Следует также указать и на влияние чисто конструктивных факторов, таких, как тип тарелки, размеры сливного устройства, расстояние между тарелками. Учет совокупного действия всех указанных факторов весьма сложен, и этим объясняется широкое привлечение эмпирических корреляций для определения эффективности реальных тарелок. [c.209]

При (рис. ХП-19, б), когда рабочие линии пересекаются с линией равновесия, в точке пересечения движущая сила равна нулю. Значит, для того чтобы достигнуть концентраций фаз, соответствующих их составам на питающей тарелке, потребовалась бы бесконечно большая поверхность контакта фаз, т. е. бесконечно большое число ступенек — теоретических ступеней разделения. Таким образом, при R разделение возможно только в гипотетической ректификационной колонне бесконечно большой в ы с о т ii. При этом расход греющего пара, который при прочих равных условиях пропорционален флегмовому числу, т. к. G Р (R + 1), будет наименьший. [c.491]

Предположим, что нагревается смесь состава х . При температуре 1 она начинает кипеть, при этом паровая фаза имеет состав у. Жидкая фаза Хд находится в равновесии с паровой фазой у при температуре /. Изобарные кривые кипения и конденсации определяют экспериментально так же, как и кривую равновесия (см. разд. 4.6.З.). Диаграмму t—х—у как и диаграмму равновесия у—х можно использовать для определения требуемого числа теоретических ступеней разделения. На рис. 59 (см. разд. 4.7) изображена кривая равновесия для смеси бензол— толуол, построенная на основе изобарных кривых кипения и конденсации. Точки Л и В лежат в этом случае одна под другой. Диаграмма 1—х—у имеет то преимущество, что в процессе перегонки можно по температуре в головке колонны определять концентрацию головного продукта. При работе с тарельчатыми колоннами эта диаграмма позволяет проводить текущий контроль состава смеси на тарелках по перепаду температуры в колонне. По температурам на тарелках можно установить оптимальную тарелку питания и тарелку для отбора промежуточного продукта. [c.75]

Определив число теоретических ступеней разделения, обычно обнаруживают, что это число меньше числа реальных тарелок. Следовательно, реальная тарелка работает не идеально, и поэтому работу тарелки оценивают по отношению найденного числа теоретических ступеней разделения к числу реальных тарелок. Это отношение называют средним относительным обогащением или средним коэффициентом полезного действия тарелки (по Киршбауму) [103] [c.136]

Для анализа работы колонны, расчета состава дистиллята и остатка и распределения концентраций ЛЛК по высоте аппарата используют понятие о теоретической ступени разделения, или теоретической тарелке (ТТ). Такая ступень (тарелка) соответствует нек-рому гипотетич. участку аппарата, где жидкость и покидающий ступень пар находятся в равновесии. Число ТТ (п ), необходимое для получения дистиллята и остатка заданного состава, можно найти [c.231]

Скорость процесса абсорбции может быть выражена также высотой единицы переноса (ВЕП), что соответствует высоте Аэ аппарата, эквивалентной одной теоретической ступени разделения (одной теоретической тарелке). Обозначая общую ВЕП в концентрациях фаз через Но у ъ Ьа число единиц переноса — через Л"о I/ и Л о X, число теоретических тарелок — через высоту аппарата — через к и пределы изменения концентраций для всего аппарата — через уу,, /к и хк, получим [c.40]

На равновесных данных и материальном балансе базируется расчет числа равновесных ступеней контакта (числа теоретических тарелок или единиц переноса), необходимых для заданного разделения. Сложность разделения определяется тем, какая степень извлечения наиболее желательна с точки зрения экономики. Требуемое время контакта между взаимодействующими потоками или необходимая высота колонны могут быть рассчитаны, если данные по скорости переноса массы между газовой и жидкой фазами представлены в виде к. п. д. тарелки или высоты единицы переноса массы (ВЕП). [c.383]

Следует подчеркнуть, что внимание к точному определению констант фазового равновесия для целей статического расчета ректификации по теоретическим ступеням разделения (тарелкам) является совершенно оправданным, даже в том случае, когда значения эффективности реальных тарелок представляются достаточно неопределенными. Дело в том, что в оптимальных режимах работы ректификационных колонн, т. е. при небольших избытках флегмового числа (а = 1,1 —1,15) зависимость тепловой нагрузки на дефлегматор от числа тарелок весьма слабая, поэтому она не является определяющей. В то же время нагрузка на дефлегматор сильно зависит от степени обогащения на каждой тарелке, а также от состава продуктов разделения, которые в свою очередь определяются константами фазового равновесия. Иными [c.44]

При кратности орошения 26,0 требуется всего 58,1 теоретическая ступень разделения (или с учетом кипятильника, число теоретических тарелок в колонне будет на одну меньше, т. е. 57,1 теоретической тарелки). [c.109]

При практических расчетах приходится почти полностью исходить из так называемого к. п. д. колонны, который по определению равен отношению числа теоретических равновесных ступеней, требуемых для данного разделения, к числу фактических тарелок. Эти к. п. д. для колонны в целом установлены экспериментально и их можно использовать при расчете аналогичных колонн. Для правильного использования к. п. д. колонны необходимо знать зависимость к. п. д. от а) типа и конструкции тарелки, б) физических свойств жидкости и пара, в) расхода жидкости и пара и г) длины пути жидкости по тарелке. [c.166]

Число теоретических ступеней контакта, или число теоретических тарелок, может быть найдено аналитически или графически, совместным решением уравнений равновесия и рабочей линии процесса. Одна теоретическая тарелка выражает одно изменение движущей силы по газовой Ау и одно по жидкой Ах фазам, причем число теоретических тарелок и движущая сила процесса находятся в обратном соотношении, т. е. чем больше движущая сила (больше отрезки Ау и Лд ), тем меньше потребуется теоретических тарелок для данного разделения. [c.226]

Оптимальным принято считать такое расположение тарелки питания, при котором удается обеспечить назначенное разделение при наименьшем числе теоретических ступеней. [c.410]

Если требуется определить необходимое число теоретических тарелок в пределах заданного изменения концентрации, то на диаграмме X—У между линией фазового равновесия и рабочей линией строится ломаная линия с прямыми углами. Число ступеней, полученное при построении этой ломаной, и будет числом теоретических тарелок, необходимых для заданного изменения концентрации или для заданного разделения смеси. На рис. 96 показано, что для изменения концентрации от Х4 до Xs необходимо иметь 4 теоретические тарелки. [c.290]

В идеальном случае температуры жидкости и пара при их контакте в каждом кубе выравниваются, составы обеих фаз становятся равновесными, низкокипящий компонент (более летучий) диффундирует из жидкости в пар, а вышекипящий — из пара в жидкость. Такой однократный контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, называется, как уже отмечалось равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. В нашем примере (рис. Х1-5) число теоретических тарелок равно числу последовательно соединенных дистилляционных кубов. На рис. Х1-5, б изображены в диаграмме /—X, у изотермы, соответствующие отдельным теоретическим тарелкам. Рассмотренный процесс разделения жидкой смеси называется ректификацией. [c.515]

Итак, каждому определенному значению расхода тепла в кипятильнике отгонной колонны отвечает вполне определенный состав Хгр жидкой фазы (и Угр равновесной ей паровой фазы), которого теоретически ни при каком числе тарелок нельзя достигнуть на верху колонны. Однако, как будет показано ниже, с вполне конечным числом тарелок удается как угодно близко подойти к этому составу, иначе говоря, практически достичь его, не увеличивая расхода тепла в кипятильнике отгонной колонны против минимального. Превзойти же этот граничный состав невозможно даже при бесконечном числе тарелок отгонной колонны. Таким образом, каждому определенному составу сырья, подаваемого на верхнюю тарелку колонны, при заданной степени чистоты нижнего продукта отвечает единственное минимальное значение тепла кипятильника, при котором практически разделительная работа колонны еще возможна. При любом другом меньшем значении расхода тепла в кипятильнике не удается получить в колонне намеченного разделения. Любому же большему значению тепла кипятильника отвечает и большее значение граничной концентрации, так что желательный состав на верху колонны при расходе тепла, большем минимального, может быть всегда достигнут. Для этого в общем случае понадобится тем меньшее число ступеней контакта, чем больше отличается В/Я от минимального значения. Однако при увеличении расхода тепла против минимального необходимое число теоретических тарелок уменьшается не пропорционально градиенту В/Я, а вначале резко 14 [c.211]

ИЗ кипятильника. Предел этому увеличению состава жидкой фазы наступает при бесконечно большом значении В// , что приводит к выравниванию составов встречных фаз Уд = Х1, иначе говоря, к максимальному их отступлению от состояния равновесия. Чем больше разность фаз между встречными потоками, тем эффективнее протекает обмен веществом и энергией на тарелке, тем больше движущая сила процесса и тем меньшее число контактных ступеней требуется для намеченного разделения. Гипотетическому, предельному, практически нереализуемому в промышленных условиях случаю работы колонны с бесконечно большим расходом тепла в кипятильнике отвечают наибольшая разность фаз и наибольший разрыв между составами одноименных потоков, отходящих со смежных теоретических ступеней контакта. Число необходимых теоретических тарелок в этом случае будет минимальным. [c.213]

Из этого разъяснения следует, что минимальное число тарелок, необходимых для разделения данной системы, можно найти, произведя построение ступенчатой линии, составленной из горизонтальных и вертикальных отрезков, вписанных между кривой равновесия и линией равного состава, начиная от точки ( 1> У1) и кончая точкой Я (x J, а). Каждая вершина этой ломаной, лежащая на линии равновесия, отвечает одной теоретической ступени контакта. В данном конкретном случае на линии равновесия лежат три вершины Л, С и ступенчатой линии, и поэтому минимальное число ступеней контакта, необходимое для разделения рассматриваемой бинарной системы, равно трем-двум тарелкам и парциальному конденсатору, играющему роль одной теоретической ступени контакта. [c.259]

Изложенная в предыдущих разделах методика расчета ректификационной колонны позволяет установить число теоретических ступеней контакта, необходимых для рассматриваемого разделения. Гипотеза теоретической тарелки, использованная для создания определенности при переходе от составов фаз в одном отделении колонны к составам фаз в смежном, выражает лишь идеализированную схему взаимодействия парового и жидкого потоков на тарелке и хотя дает качественно правильную картину этого явления, тем не менее недостаточна для его количественной оценки. [c.354]

Из предыдущего следует, что отклонение практической тарелки от нормы работы теоретической ступени контакта имеет следствием сужение разрыва между составами фаз на смежных тарелках, приводящее неизбежно к увеличению числа практических тарелок против теоретически необходимого для данного разделения. Зто сужение разрыва между составами одноименных жидких или паровых фаз может быть использовано для оценки степени отклонения практической тарелки от теоретической, иначе говоря, для установления ее эффективности. Обычно используется отклонение в составах паровых фаз, хотя в равной мере могло быть привлечено для оценки разделительной способности практической тарелки и отклонение составов жидких фаз, стекающих в смежных отделениях колонны. [c.357]

Для расчета числа теоретических ступеней разделения используется метод от тарелки к тарелке оо встречным направлением расчета для легких компонентов - сверху вниз, для тяжелых - снизу вверх. [c.151]

С практической точки зрения важное значение имеет следующая проектно-проверочная постановка задачи заданными являются суммарные примеси кубовых компонентов в дистилляте и дистиллятных в кубе, а также флегмовое число определяется необходимое число теоретических ступеней разделения по секциям колонны при оптимальном положении тарелки питания. [c.273]

Очевидно, что каждая ступень построенной ломаной заключена между кривой равновесия и рабочей линией одной теоретической тарелки колонны. Аналогично поступают и при расчете насадочных ректификационных колонн. В этом случае вводится понятие эквивалентной высоты теоретической тарелки — высота насадки, которая имеет тот же коэффициент разделения, что и одна теоретическая тарелка, т. е. участок наса-дочной колонны, на котором происходит изменение состава, соответствующее одной ступени диаграммы Мак-Кэба — Тиле, Как следует из изложенного выше, при увеличении числа тарелок концентрация низкокипящей фракции в жидкости приближается к 1007о. но некоторые бинарные смеси отличаются тем, что содержание дистиллата достигает заданной величины меньше 100%, которая не может быть превышена при ректификации даже в случае бесконечно большого числа тарелок. Такие смеси называются азеотропными. Они отличаются тем, что кривая Х = Х ) пересекает диагональ диаграммы равновесия, где кривая равновесия проходит через точку [c.456]

Количество конод КуЕ , Е Е , В Е соответствует числу ступеней противоточной экстракционной установки. Предполагается, что на каждой ступени процесс экстракционного разделения происходит до достижения равновесного соотношения концентраций целевого компонента в растворе и в экстрагенте. В этом смысле смесительно-отстойная ступень противоточной экстракции аналогична теоретической тарелке (ступени изменения концентрации) в процессах абсорбции и ректификации. [c.456]

В одном из патентов [38] описана схема, в которой адсорбент непрерывно пропускается в последовательном порядке через песколько зон контакта, В каждой зоне адсорбент находится во взвешенном состоянии. Адсорбент выпускается из зоны, отделяется от жидкости и затем вводится в следующую зону. Жидкость последовательно пропускается через зоны контакта в противоположном направлении. В каждой зоне по существу происходит процесс контакт шго взаимодействия, однако, чтобы достигалась желаемая степень разделения, число зон должею быть достаточно большим. Можно тaIiжe производить орошение. Анализ процесса можно выполнить при помощи диаграммы Мак-Кэба-Тиле, в которой состав внутрипоровой жидкости заменяется составом пара. Целесообразно пользоваться объемными, а не молярными концентрациями. Существенное различие при этом заключается в том, что рабочие линии процесса могут находиться в любом месте диаграммы, а линия, проходящая под углом 45° к осям, не имеет особого интереса. Число ступеней на такой диаграмме представляет собой теоретическое число зон контакта. Степень приближения к равновесию на каждой ступени экврхвалентна коэффициенту полезного действия тарелки. Можно определить среднее время, необходимое для достижения различных степеней приближения к равновесию, и рассчитать, каково должно быть оптимальное соотношение между числом ступеней и их емкостью. [c.164]

На реальных тарелках практически никогда не достигается к. п. д. 100%, что возможно для идеальных тарелок обычно к. п. д. составляет 50—90% . Это вызвано, во-первых, тем, что перемешивание пара и жидкости в большинстве случаев не является совершенным, и, во-вторых, тем, что пар, особенно при больших скоростях, увлекает брызги жидкости на вышележащую тарелку. Кроме того, колонны, как правило, работают не с бесконечным флегмовым числом, а с конечным, так как целью любой ректификации является получение дистиллята. Как показал Аншюц [133], коэффициент полезного действия тарелок может быть учтен при графическом построении теоретических ступеней разделения по методу Мак-Кэба и Тиле. [c.97]

Расчет процесса ректификации с помощью понятия о теоретической ступени разделения имеет преимущество общности с другими многоступенчатыми противоточными процессами разделения и позволяет использовать достижения общей теории разделения [4—6]. По ЧТСР можно рассчитывать ректификационные колонны как со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые), так и с непрерывным контактом фаз (насадочные). В первом случае для перехода к реальным тарелкам используется коэффициент полезного действия тарелки. Во втором случае вводится величина ВЭТС (высота, эквивалентная тееретической ступени разделения), и требуемая высота слоя насадки определяется как произведение ЧТСР и ВЭТС. Однако при расчете колонн с непрерывным контактом представление о теоретической ступени разделения не отвечает реальным условиям протекания процесса и становится искусственным. В связи с этим был. разработан и в настоящее время широко применяется другой путь расчета ректификации — по числу единиц переноса. [c.54]

Таким образом, если в уравнении Фенске а заменить на [г, сте-пегнь разделения К выражается через число тарелок в колонне Пд. Поэтому величину р, можно назвать тангенсом угла наклона исевдо-равновесной линии . Согласно (П-80), величина р, связана с равновесным коэффициентом разделения а через коэффициент эффективности тарелки Е . Когда тарелка эквивалентна теоретической ступени разделения, о = 1 и по (П-80) [х = а. [c.59]

Для ректификации с бесконечным флегмовым числом Штаге и Шульце [146] предлагают метод расчета числа теоретических ступеней, который связан с построением так называемой дифференциальной кривой. Согласно этому методу по возможности в большем масштабе (ось абсцисс примерно 1 м) строят график зависимости разности у —от Хд- Таким образом получают дифференциальную кривую выпуклой формы (рис. 69). С помощью кривой строят график зависимости число теоретических ступеней разделения — концентрация (рис. 70). Построение начинают с очень низкой концентрации, например 0,16% (мол.), которой на дифференциальной кривой (см. рис. 69) соответствует обогащение у —Хв) = 0,28%. Это значение прибавляют к 0,16% и получают концентрацию жидкости на второй тарелке, равную 0,44%. Для этого значения на диаграмме снова определяют обогащение, [c.109]

Рассмотрим часть диаграммы для графического определения числа теоретических ступеней разделения по. методу Мак-Кзба и Тиле (рис. 79). В тарельчатой колонне между жидкостью состава 1/ , находящейся на тарелке, и поднимающимися парами устанавливается термодинамическое равновесие . Концентрация паров, покидающих тарелку, равна Такую же концентрацию (г/а) имеет жидкость, находящаяся на вышележащей тарелке . В паровом пространстве между тарелками (а следовательно, между точками у и у2) массообмен практически не происходит. [c.123]

Силей [252] применил ЭВМ для расчета оптимальных параметров лабораторной колонны Олдершоу диаметром 31,8 мм с 12 реальными тарелками в исчерпывающей части и 10 реальными тарелками в укрепляющей части. На ЭВМ Ele tri KDF 7 (Англия) были проанализированы 280 процессов разделения. В качестве эталонной смеси использовали смесь метилциклогексан— толуол. При этом за расчетное число теоретических ступеней разделения принимали то значение, которому соответствовала минимальная погрешность. Были изучены возможные погрешности, возникающие при измерении состава смеси, при определении положения и наклона рабочей линии, а также погрешность данных по равновесию. [c.192]

Средний к. п. д. реальной ступени разделения (тарелки) может быть определен из сравнения числа тарелок данной колонны и теоретического числа равновесных ступеней разделения N, необходимых для достижения такого же разделения но ключевым комнопентам [c.330]

Расчет числа теоретических ступеней разделения (ЧТСР) производили по известному уравнению Фенске. Зная ЧТСР, рассчитывали общий к.п.д. колонны ( I ). При рассыотрении ректификации разбавленных растворов и при малых диаметрах колонн величина является вполне надежной характеристикой разделительной способности тарелки. [c.17]

Одним из старейших по длительности использования и массовых до сих пор типов тарелок является колпачковая тарелка (см. рис. 12.6, IV) с круглыми (капсюльными) колпачками. Ее отличие от предьщущих - наличие у каждого отверстия для прохода паров патрубка 7 определенной высоты, над которыми укреплен колпачок 8 с прорезями для прохода паров по всему нижнему его краю. Такое устройство позволяет ввести поток пара в слой жидкости на тарелке параллельно ее плоскости и раздробленным на множество мелких струй. Кроме того, встречные струи от соседних колпачков, соударяясь, создают завихрения в межколпачковой зоне, в результате чего повышается эффективность тарелки. Действительно, в подавляющем большинстве случаев средний к.п.д. такой тарелки на практике оказывается наибольшим - 0,6-0,8 (под к.п.д. в данном случае понимают отношение числа теоретических ступеней контакта паровой и жидкой фаз к числу реальных тарелок, на которых достигается одинаковое разделение компонентов сложной смеси). [c.504]

Установлением температуры низа колонны определяется равновесная система на нижней — первой — ступени контакта, жидкая фаза которой отводится как целевой продукт, представляющий собой масло, освобожденное от легкого растворителя. Для этой системы известны давление, под которым она находится, температура ее, рассчитанная по уравнению (IX. 84), и, кроме того, известно, что она содержит лишь едва уловимые следы легкого растворителя. Таким образом, известны значения трех ее степеней свободы и поэтому состояние ее вполне определено и значения всех остальных ее свойств могут быть установлены уже чисто расчетным путем. Установив параметры на первой ступени контакта, можно перейти к расчету второй, затем от второй к третьей ступени и так, двигаясь снизу вверх от тарелки к тарелке, попеременно используя соотношения равновесия и материального и теплового балансов, вести расчет до тех пор, пока не будут достигнуты условия, предварительно назначенные для питательной секции. Не всегда удается с одного раза получить удовлетворительный результат, но следует иметь в виду, что во-первых, число теоретических ступеней контакта, требуемое для назначенного разделения, не обязательно должно быть целым числом и, во-вторых, от умения проектиров1иика в значительной степени зависит умелый подбор определяющих факторов, влияющих на режим работы [c.434]

Жидкость состава Ь (рис. 1) будет кипеть при 4 и находиться в равновесии с паром состава с. Тарелка, которая вызовет такое же изменение состава, какое происходит при идеальной простой перегонке, т. е. от а к й или от 6 к с, или же любое другое аналогичное изменение состава, например от с к е, и будет теоретической тарелкой. Концентрации легколетучего компонента, соответствующие этим равновесным составам пара и жидкости, отвечают концам отрезков горизонтальных прямых, лежащих между кривыми жидкости и пара на графиках подобного рода. Так как кривые жидкости и пара сходятся на ординатах, отвечающих составам чистых веществ, то очевидно, что в любой смеси разность составов, отвечающая действию одной теоретической тарелки, будет приближаться к составу чистого вещества. Кроме того, чем величина относительной летучести ближе к единице, тем ближе лежат кривые пара и жидкости друг к другу и тем меньше будет разница в составе, отвечающая одной теоретической тарелке. Насадочная колонка (или любой другой ректифицирующий прибор), на котором производят разделение, соответствующее двум последовательным ступеням или единицам, например от а до с, эквивалентна, как принято говорить, двум теоретическим тарелкам. Если высота такой насадочной колонки равна 25 см, то ВЭТТ равна 12,5 см. Подобное рассуждение применимо к любому числу теоретических тарелок и к любой высоте колонки. В настоящее время имеются колонки, эквивалентные более чем 100 теоретическимтарелкам. Можно ожидать, что для данной колонки или насадки ВЭТТ, определенная на разных двойных смесях, будет иметь примерно одинаковую величину, если эти смеси будут близкой химической природы и будут иметь близкие величины вязкости и поверхностного натяжения. Если же эти характерные свойства смесей сильно различаются, то, повидимому, в значительной степени изменяются толщина жидкой пленки, поверхность соприкосновения газа с жидкостью и скорость диффузии. Таким образом, одна и та же колонна или насадка может обладать весьма различными величинами ВЭТТ. Выражение рабочей характеристики колонны с помощью представлений о сопротивлении переносу вещества через пленку на границе раздела между паром и жидкостью получило существенное развитие, однако использование в расчетах теоретических тарелок и ВЭТТ имело и имеет значительно большее практическое значение. [c.11]

На рис. 2 изображена расчетная схема ректификации в полной колонне, соответствующая модели процесса с теоретическими тарелками. Исходная смесь Р поступает в колонну в виде смеси пара Vf и жидкости Lf. Дистиллят отбирается в виде насыщенного пара У1=0, кубовый остаток — в виде кипящей жидкости L = W. Разделительное действие дефлегматора и кипятильника примем эквивалентным эффекту разделения на одной теоретической тарелке. Число теоретических равповесных ступеней равио п в укрепляющей секции, считая дефлегматор, [c.21]