Ректификация термодинамические потери

Использование комплексов с тепловым насосом (рис. VI-3, а) и комплексов с теплообменом между конденсирующимися и испаряющимися потоками различных ректификационных колонн (рис. VI-3,6) не влияет на процесс ректификации, но снижает внешние термодинамические потери, связанные с подводом тепла и холода. [c.194]

Из-за низкой эффективности процесса ректификации постоянно ведутся исследования по снижению энергопотребления как отдельных ректификационных установок, так и систем разделения. Основными направлениями таких исследований являются термодинамический анализ ректификации с целью снижения потерь энергии за счет необратимости усовершенствование промышленных процессов с целью более рационального использования энергии потоков внутри установки поиск других способов получения чистых продуктов, более экономичных, чем ректификация применение совмещенных процессов с целью более ра- [c.483]

Для уменьшения внутренних потерь при массопередаче необходимо исследование термодинамических потерь при многокомпонентной ректификации. Приведенный ниже примерный анализ потерь в промышленной ректификационной колонне указывает на основные направления повышения термодинамической эффективности процесса. [c.159]

Уравнение парожидкостного равновесия совместно с балансными соотношениями составляет основу термодинамического расчета, широко используемого при практической реализации процессов ректификации и абсорбции. На базе термодинамического расчета определяется возможная разделительная способность установки, максимальная и фактическая работа разделения или термодинамическая эффективность процесса. Термодинамический расчет позволяет также выявить основные источники термодинамических потерь и, следовательно, наметить возможности интенсификации процессов разделения, поскольку, как правило, процессы, более совершенные с термодинамической точки зрения, являются экономически оптимальными. [c.11]

Комплексы с промежуточным подводом тепла н холода (рис. У1-3,в) и несколькими вводами сырья при различных изотермах и составах фаз (рис. У1-3,г) не только снижают внешние термодинамические потери, связанные с подводом тепла и холода [44], но и оказывают влияние на сам процесс ректификации. Термодинамический выигрыш от использования таких [c.195]

Расчеты показали, что при неполном разделении фаз не удается получить удовлетворительную чистоту продуктов в результате ректификации. Сравнение режимов с полным и неполным разделением фаз при одинаковом суммарном паровом потоке и одинаковом числе ступеней разделения в колоннах показало, что при полном разделении фаз чистота обоих продуктов выше. Прн неполном разделении фаз эти фазы, принадлежащие разным областям ректификации, вновь смешиваются, что приводит к термодинамическим потерям. Режим с полным разделением [c.291]

Теоретические исследования многокомпонентной ректификации, результаты которых приведены, в главе VI, направлены на выявление наиболее эффективных путей термодинамического усовершенствования процесса, а также на изучение его технологических особенностей. В той же главе подробно освещен обратимый процесс многокомпонентной ректификации и приведена структура термодинамических потерь, возникающих при реальном осуществлении этого процесса. Рассмотрены также особенности неадиабатического и адиабатического режимов в бесконечной колонне, проведено исследование в области теории оптимальных каскадов. [c.13]

Внутренние термодинамические потери в процессе ректификации обусловлены гидравлическим сопротивлением и конечными движущими силами при массопередаче на тарелках. [c.157]

Значительное изменение составов на отдельных участках колонны обусловливает соответствующий профиль температур по высоте аппарата. Как видно из приведенного на рис. 56 графика для режима / = 4,42, температура в районе ввода питания рассмотренной выше этиленовой колонны (см. стр. 165 и 196) меняется на 55 темпера-15 °К. В нижней части колонны также турного профиля по высо-происходит резкое изменение темпе- те этиленовой колонны ратуры. Наличие скачка концентра- (У =4,42). ций и температур в процессе ректификации многокомпонентной смеси свидетельствует о термодинамических потерях. Поэтому вопрос о составах на тарелке питания приобретает важное значение для решения проблемы уменьшения расхода энергии при разделении смесей. [c.229]

Значительное уменьшение потерь от необратимости при массообмене может быть достигнуто в схеме, предусматривающей отвод части тепла конденсации из промежуточного сечения укрепляющей секции и подвод тепла к промежуточному сечению исчерпывающей секции. Для уменьшения термодинамических потерь, обусловленных смешением потоков, имеющих различные составы, процесс ректификации необходимо проводить таким образо.м, чтобы пар, поднимающийся из исчерпывающей секции, не смешивался с паром питания, а жидкость питания не смешивалась с жидкостью, стекающей из укрепляющей секции. [c.257]

Если в смеси, подлежащей разделению, содержится значительное количество компонентов более тяжелых, чем тяжелый ключевой компонент (например, при стабилизации продуктов нефтепереработки), то для уменьшения термодинамических потерь при ректификации может быть применена схема, приведенная на рис. 69. В ректификационной колонне /, перерабатывающей исходную смесь, над тарелкой питания установлен карман стекающую в него извлеченную жидкость частично или полностью направляют в испаритель 3. Далее поток вводится в среднюю часть исчерпывающей секции колонны. Со- [c.258]

Поэтому исключительно важным является снижение энергетических затрат в процессах ректификации. Для этого имеются большие возможности, связанные с тем, что в обычных установках, рассмотренных выше, весьма велики термодинамические потери, которые обусловлены термодинамической необратимостью процессов. Основная часть термодинамических потерь в колонне связана с про теканием массообмена при больших движущих силах в средних зонах укрепляющей и исчерпывающей секций. [c.367]

Предложен и реализован в промышленности ряд схем, в которых используется возможность уменьшения термодинамических потерь в процессах ректификации и достигаются значительные экономические эффекты. [c.367]

Вообще говоря, вся необходимая для разделения газа при низкой температуре работа подводится к газу, сжимаемому в компрессорах при температуре, которая несколько выше температуры окружающей среды То- Таким образом, тепло сжатия может быть отдано окружающей среде. Исходный газ, продукт и отбросные газы проходят по теплообменникам, в которых их температура изменяется от Го до Т. Основной функцией теплообменников является снижение теплосодержания при охлаждении от То до Г1. В случае отсутствия теплообменников для перекоса этого тепла с уровня Т на уровень Го потребовалась бы дополнительная работа (т. е. для поддержания теплового ба-ланса системы оказалась бы необходимой большая холодопроизводительность). Снижение температурного напора в теплообменниках приводит к пропорциональному уменьшению работы (так как уменьшаются потери на создание дополнительной холодопроизводительности), однако оно сопровождается увеличением объема ( т. е. первоначальной стоимости теплообменника) и гидравлического сопротивления теплообменника (т. е. расхода энергии на преодоление этого сопротивления). Поэтому должен существовать теплообменник оптимальной конструкции, обеспечивающий минимальную стоимость процесса теплообмена. Вопросы экономики теплообменника в принципе могут рассматриваться независимо от термодинамической необратимости других процессов в данной установке (например, независимо от процесса ректификации). [c.248]

Однако во многих случаях критерий оптимальности установки ректификации не может быть выражен в форме экономических критериев. Например, если все продукты разделения употребляются в дальнейшей переработке или если по каким-либо причинам не представляется возможным скалькулировать стоимость потерь в установке. Возможным способом оценки разделительной способности при отсутствии заданного экономического критерия является термодинамическая оценка работы, затраченной на разделение смеси в установке. Минимальное значение работы разделения смеси заданного состава Н8 чистые компоненты при этом определяется выражением [c.36]

Раствор гидроокиси аммония доводится до концентрации в 20—25%, что соответствует удельному весу 0,910. Оба раствора проходят через измерительные приборы и поступают затем в насос высокого давления 6, снабженный смесительными приспособлениями. Скорость поступления обоих растворов регулируется таким образом, чтобы соотношение количеств гипохлорита натрия и аммиака составляло I—2. Насос нагнетает реакционную смесь под давлением 40—50 атм. в реакционную колонку 7. нагреваемую до 180°. В колонке смесь находится в течение нескольких секунд, после чего раствор поступает в выпарной аппарат 8, и давление над раствором снижается до атмосферного. Пары, выделяющиеся из выпарного аппарата, и остаточная жидкость направляются в колонку с насадкой 9, при протекании через которую достигается термодинамическое равновесие между жидкостью и паром. Эта колонка с насадкой 9 снизу присоединена к выпарному аппарату 8. Пары, выходящие из нижней части колонки 9, подвергаются ректификации во второй колонке с насадкой 10, где они промываются аммиачной водой во избежание потерь гидразина. Полученный раствор вместе с жидкостью из первой колонки поступает в разделительную ко- [c.128]

Этим требованиям отвечает так называемая термодинамически обраа-имая ректификация [2,5], в которой термодинамические потери при смешении потоков сведены к минимуму именно путем организагщи промежуточного подвода и отвода тепла по высоте колонны. Подвод и отвод тепла может быть организован как дифференцировано, так и непрерывно по высоте колонны [6]. Однако такие способы фракционирования смеси сложны и к тому же требуют больших капитальных затрат. [c.3]

Значение энергосбережения при проектировании и реконструкции ректификационных установок не нуждается в обосновании. Наибольшее влияние на экономичность процесса ректификации оказывает его правильная организация, направленная на снижение источников термодинамических потерь, выбор наиболее эффективного распределения материальных и тепловых потоков, то есть выбор схемы разделения. Известно [1], что термодинамически идеальный процесс разделения в одной колонне достигается при подводе тепла по всей высоте исчерпывающей секции колонны и отводе тепла также по всей высоте укрепляющей секции ( идеальный каскад ). При этом достигается минимальный расход энергии, хотя одновременно возрастает и число тарелок необходимь[х для реализации заданного разделения (при флегмовом числе Л=<ю число тарелок возрастает в два раза). При разделении многокомпонентной смеси (МКС) огггимальнь оказывается проведение процесса в комплексе сложньк колонн с полностью связанными тепловыми н материальными потоками. При этом тепло подводится и отводится только в 2-х точках комплекса (система имеет 1 испаритель и I дефлегматор). Комплексы характеризуются большим суммарным количеством связанных секций и чрезвычайно большим суммарным числом тарелок. Изначально заложенная связь по материальным потокам при учете гидравлических сопротивлений вызывает необходимость выделения высококипящих компонентов при более высоких давлениях чем низкокипяших, что практически неприемлемо при разделении ширококипящих смесей, в том числе и нефтяных. Затруднительно также решение вопросов управления такими комплексами. Указанные причины делают проблематичным их использование [24]. Поэтому комплексы колонн, [c.10]

В процессе ректификации происходит, с одной стороны, изменение энтропии потоков внутри колонны, а с другой стороны, изменение энтропии источника (в кипятильнике) и приемника (в дефлегматоре) тепла. Энтропия потоков внутри ректификационной колонны уменьшается (энтропия. продуктов меньше энтропии сырья). Энтропия источника и приемника тепла в сумме увеличивается за счет передачи тепла от источника с высокой температурой к приемнику с низкой температурой. Во всех реальных процессах ректификации увеличение энтропии за счет передачи тепла значительно больше, чем ее уменьшение в самом процессе ректификации за счет процесса разделения. Таким образом, в целом происходит увеличение энтропии, связанное с различными источниками термодинамических потерь (неравновесность на тарелках, смешение потоков в питании и на концах киаи иы, гидраалпчсскг " сппротит лення температурные напоры в теплообменниках и т.д.). [c.62]

Термодинамические преимущества такого способа разделения обусловлены отсутствием термодинамических потерь при смешении потоков в точках ввода сырья и на концах колонн, а также термодинамических потерь при подводе и отводе тепла пп рсох т - чкй вывода промежуточных по летучести продуктов. Как показало расчетное исследование, движущие силы при-цссеа массообмспа в этом случае распределены по высоте колонны значительно более равномерно, чем при обычном способе ректификации. [c.198]

Сказанное справедливо и для колонны в целом в адиабатических колоннах распределение движущих сил очень неравномерно в двух точках колонны они мииимальны, а в районе питания и на концах колонны возникают большие движущие силы, связанные с необратимым смешением. потоков. Следует отметить, что нецелесообразное использование движущих сил массопередачи на отдельных разделительных элементах (тарелках) приводит к увеличению необходимого числа элементов, а неравномерное распределение движущих сил в колонне ведет к повышеиию общих затрат энергии на разделение. Однако в литературе отсутствует анализ внутренних термодинамических потерь при адиабатической ректификации многокомпонентных смесей. [c.158]

Термодинамические потери при многокомпонентной ректификации, как будет показано в настоящей главе, зависят от условий разделения смеси, т. е. от классов фракционирования. Известно, что при первом классе фракционирования все компоненты смеси находятся как в дистилляте, так и в кубовом остатке. При втором классе некоторые компоненты разделяемой смеси практически полностью переходят либо в дистиллят, либо в кубовую фракцию. Независимо от услов1ИЙ разделения (классов фракционирования) минимально необходимая работа, которую надо затратить при полностью обратимом процессе, равна, как известно [c.160]

Как показывает анализ, приведенный выше, для второго класса фракционирования нельзя избежать термодинамических потерь при массообмене в районе питания, даже в случае неадиабатического ведения процесса. Во всех остальных сечениях колонны (когда исчезают компоненты легче или тяжелее ключевых), включая и сечения вывода продуктов, процесс неадиабатической ректификации может протекать обратимо. [c.195]

Анализ термодинамических потерь показывает, что значительная их часть приходится на собственно процессы ректификации и абсорбции, т. е. обусловлена низкими значениями внутренних коэффициентов полезного действия этих процессов. Так, по результатам расчета Хазелдена , потери от необратимости процессов в современной установке, производящей технологический кислород и работающей при низком давлении по схеме двукратной ректификации, распределяются в соответствии с данными табл. 51. [c.247]

Из анализа термодинамических потерь в колонне следует, что основная часть их связана с протеканием процесса массообмена при больших движущих силах в средних зонах укрепляющей и исчерпывающей секций. Для уменьшения потерь, вызванных необратимостью массообмена, необходимо использовать термодинамически более совершенные процессы, например процесс неадиабатической ректификации, процесс адиабатического разделения с обратимым смешением потоков, [c.248]

Замена адиабатической ректификации на противоточную конденсацию и противоточное испарение в той или иной схеме еще не означает снижения расхода энергии. Это уменьшение может быть достигнуто при условии, что теплообмен с внешней средой в процессе неадиабатической реактификации протекает при переменных температурах хладоагента и теплоносителя, соответствующих температуре в данном сечении колонны. Если же тем-пор ат /ры улядпагрнта и теплоносителя будут постоянны по всей высоте секции, то, очевидно, выигрыша в расходе энергии получить нельзя, поскольку, нзр тду г уменьшением потерь от необратимости процесса массообмена, в таких условиях будут увеличиваться термодинамические потери в процессе теплопередачи. [c.278]

По своим особенностям испарение в межтрубном пространстве является промежуточным между прямоточным и фракционированным испарением. В связи с этим название аппарата следует считать несколько неудачным, так как под противоточным испарением обычно понимают процесс массообмена, протекающий при противоточном движении фаз. В рассматриваемом аппарате извлеченная жидкость, переливаясь по полкам, испаряется при переменной температуре, минимальной на верхней полке и максимальной на нижней. При разделении смесей ширококипящих компонентов разность температур начала и конца кипения извлеченной жидкости может быть значительной. Таким образом, в схеме с противоточным испарителем-дефлегматором теплопередача происходит при переменной температуре как в процессе конденсации, так и в процессе испарения. Вследствие уменьшения термодинамических потерь при теплообмене перепад давлений в схеме с противоточным испарителем-дефлегматором в аналогичных условиях будет меньше, чем в схеме ректификации с укрепляющей колонной. Основной недостаток схемы с противоточным испарителем-дефлегматором — невозможность ее применения для получения обеих концентрированных фракций. Принципиальная схема разделения данной смеси на две концентрированные фракции методом недиабатической ректификации изображена на рис. 81. Укрепляющая секция колонны, служащая для разделения исходной смеои, представляет собой противоточный конденсатор / исчерпывающая секция — противоточный испаритель 2. [c.279]

Особенностью процесса ректификации пйрогаза в колонне тяжелых фракций является значительное отклонение состава исходной смеои от состава отгонного пара, который по расчету характеризуется следующими данными (в моль моль)-. Н2 ,01 СН4—0,068 Сг—0,520 Сз—0,328 С4—0,074. Термодинамические потери при смещении отгонного пара и исходной смеси являются причиной перерасхода энергии в колонне. [c.316]

Применение разрезных колонн. При ректификации многокомпонентных смесей составы питания (пара и жидкости), существенно отличаются от составов пара и жидкости в колонне. Например, при разделении газа пиролиза конденсационным методом в метановую конденсационно-отпарную колонну поступает парожидкостная смесь, причем в паровой фазе содержится практически весь водород, а в жидкой фазе —почти все углеводороды Сз. В то же время в паре, поднимающемся из исчерпывающей части колонны, почти не содержится водорода, а в жидкости, стекающей из укрепляющей части, почти нет углеводородов Сз. Для уменьшения термодинамических потерь, обусловленных смешением потоков различного состава, необходимо предотвратить такое смешение, что достигается применением разрезных колонн (рис. VI. 18), в которых укрепляющая и исчерпывающая части разделены глухими тарелками. С этих тарелок можно отводить паровой или жидкостной поток и направлять его в соответствующую часть колонны. В результате оснащения этой колонны глухими тарелками пар питания не смешивается с отгонным паром и направляется в до--полнительный конденсатор 3, где из него конденсируются относп- [c.368]

При фракшюцировании vffloroKOMnoHeHTHbix смесей важной задачей является проблема снижения тепловых затрат. При разделении смеси ректификацией имеет место неравновесие между встречньши потока,ми пара и жидкости, что приводит к термодинамическим, следовательно, и к энергетическим потерям. Теоретически равновесие встречных потоков может быть достигнуто в областях постоянных концентраций (ОПК), которые возможны лишь на бесконечном числе контактных ступеней. [c.29]

Для осуще ствлеиия рассмотренных в предыдущих разделах схем ступенчатой ректификации и схем фракционирования в разрезных колоннах требуется аппаратура обычного типа — ректификационные колонны и теплообменники, что является существенным достоинством указанных схем, так как облегчает их применение. Однако в этих схемах, представляющих собой только первое приближение к термодинамически совершенной схеме, лишь частично реализуются возможности уменьшения потерь от необратимости. Наилучшей в данном случае является схема с противоточной конденсацией в укрепляющей секции и противоточным испарением в исчерпывающей секции колонны. [c.289]

Значительные изменения в технологические схемы ректификационных аппаратов внесены в связи с уменьшением энергетических затрат на разделение. Уменьшение энергетических затрат при ректификации достигается путем рационального использования тепла конденсации орошения, за счет уменьшения не-равновесности встречных лотоков в сечении ввода питания и уменьшения потерь, обусловленных термодинамической необратимостью. Рассмотрим наиболее интересные решения, осуществленные в таких энергоемких процессах, как разделение воздуха и углеводородных газов. [c.22]

В адиабатной колонне равновесие между жидкой и паровой фазами отсутствует, поэтому 1д всегда больше мпн(т1т<1). Потери от необратимости могут быть уменьшены за счет снижения концентрационных напоров на тарелках и температурного напора в конденсаторе-испарителе. Для этого необходимо осуществлять процесс ректификации при возможно низких значениях флегмовых чисел и, а также использовать наибол ее совершенные конструкции конденсаторов-испарителей, позволяющие организовать кипение и конденсацию при существенно малых А7 (например, с пористым покрытием поверхности со стороны кипения). Тем не-менее даже для условий и=Омин и АГ- О термодинамический КПД адиабатной колонны оказывается относительно невысоким. В частности, при полном разделении воздуха предельное значение Г1Т составляет всего 66%. Если принять флегмовое число и=1,к миш а температурные напоры со стороны кипения и конденсации равными [c.252]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология