Идеальные процессы ректификации

Величина термодинамически минимальной работы разделения может быть получена иа анализа идеального процесса полностью обратимой ректификации [8,9]. Такая схема характеризуется бесконечным числом тарелок , высоким КПД контактных устройств и дифференцированным подводом тепла и холода по высоте колонн. [c.33]

Разработаны многочисленные методы расчета параметров процесса ректификации для идеальных многокомпонентных смесей, которые подробно изложены Торманном [177]-, а также Эллисом и Фрешуотером [178]. Особо следует отметить приближенную формулу Кольборна [179] и Андервуда [180], позволяющую определять минимальные флегмовые числа. Простой приближенный метод расчета минимального числа теоретических ступеней разделения при V = оо принадлежит Фенске [181], который с целью упрощения рассматривает многокомпонентную смесь как бинарную. При этом условно принимается, что в смеси преимущественно содержатся ключевые компоненты, температуры кипения которых образуют постепенно возрастающую последовательность, а разности температур кипения для различных соседних компонентов смеси примерно одинаковы. Если через обозначить содержание низкокипящего ключевого компонента, содержание которого в кубовом продукте невелико, а через х — содержание высоко-кипящего ключевого компонента, содержание которого невелико в головном продукте, то уравнение Андервуда—Фенске для расчета минимального числа теоретических ступеней разделения будет иметь вид [c.135]

Расчет упрощенного идеального процесса ректификации (см, рис. 159). Данный расчет проведен без учета влияния флегмы на изменение состава жидкости на тарелках. Пар, содержащий моля кислорода и (1—л-з) моля азота, переходит с тарелки АВ (температура /1) на тарелку СВ и конденсируется (по отрезку ВС на графике), вызывая кипение жидкости, находящейся на тн-])елке СО (температура f ). Жидкость на тарелке СО имеет тот же состав, что и поступающий на нее пар. Тепло, подведенное паром, вызывает испарение из жидкости пара, содержащего уже не х , а х моля кислорода и (1—Хд) моля азота (по отрезку на графике). Следовательно, этот пар обогащен более летучим компонентом. Пар переходит далее на тарелку ЕР (отрезок ОБ на графике) н поддерживает температуру на этой тарелке на уровне 13 и т, д. [c.407]

Снижение потерь за счет необратимости процесса ректификации является традиционной задачей исследования. Речь идет именно о снижении, поскольку при разделении многокомпонентных смесей реализация идеального процесса,практически невозможна. Наличие достоверных моделей расчета колонн и теплообменной аппаратуры делает возможным определение оптимальных условий работы установок в настоящее время с достаточной точностью. На современном этапе исследований ставится вопрос о рациональном распределении энергии потоков внутри схемы и снижении непроизводительных расходов тепла. Решение этой задачи становится возможным в результате применения системного анализа к исследованию химических производств. [c.488]

Наиболее точным методом расчета процессов ректификации, одинаково применимым как для идеальных, так и для неидеальных смесей, является известный метод расчета от тарелки к тарелке . Недостаток этого метода — громоздкость расчетов однако с появлением быстродействующих вычислительных машин это затруднение постепенно отпадает, и с развитием техники машинного счета он несомненно будет иметь все возрастающее применение. [c.232]

Конкретный вид законов равновесного распределения, выражающих зависимости (Х,8) и (Х,9), различен для разных процессов массопередачи. Так, например, в процессе абсорбции при низких концентрациях распределяемого вещества в исходном растворе равновесие описывается законом Генри (глава XI), для идеальных растворов в процессах ректификации — законом Рауля (глава XII) и т. д. [c.387]

Высокая теоретическая эффективность процесса ректификации (полное разделение, большие выходы, благоприятный тепловой баланс) на практике ниже за счет многочисленных необратимых явлений. При расчете обычно прибегают к ряду упрощающих допущений (равновесие между жидкостью и паром на каждом уровне, однородность жидкости ио составу на каждой тарелке, для разделения требуется минимальная работа, жидкость представляет идеальный раствор и т. д.). [c.295]

Процессы ректификации основаны на неравенстве состава жидкости и пара при установлении равновесия жидкость — пар. При описании этих явлений в общем случае неидеальных растворов полезную роль играют уравнения Гиббса — Дюгема. Однако вначале полезно рассмотреть вопрос о равновесном составе обеих фаз, который может оказаться различным даже для идеаль[1ых жидких растворов, находящихся в контакте со своим паром — смесью идеальных газов. [c.111]

Разделение обычно происходит в колонках, наполненных твердым пористым сорбентом, на который нанесена жидкая стационарная фаза. Проба паров анализируемых компонентов вводится в поток газа-носителя, который нерастворим в стационарной фазе. Во время прохождения анализируемых веществ вдоль неподвижной жидкой фазы между газовой и жидкой фазами многократно устанавливается равновесие, связанное с повторением процесса растворения и испарения. Вещества, лучше растворимые в стационарной фазе, удерживаются ею дольше. Таким образом, процесс разделения обусловлен различием в силах межмолекулярного взаимодействия анализируемых веществ с жидкой фазой. Из различных типов межмолекулярных сил наибольшее значение имеют дисперсионные ориентационные и донорно-акцепторные. Теория газо-хроматографического разделения тесно связана с теорией растворов и в настоящее время еще окончательно не разработана. Динамика поведения вещества, проходящего через колонку, обычно описывается на основе теории тарелок (по аналогии с процессом ректификации) и теории эффективной диффузии. Суть теории тарелок заключается в том, что хроматографическая колонка рассматривается как совокупность ряда последовательных небольших идеальных ступенек-тарелок, содержащих газовую и жидкую фазы. Предполагается, что в начальный момент вещество находится на первой тарелке, причем некоторая его доля q будет в газовой фазе, а доля р — в жидкой. Соотношение между q я р зависит от количества взятого вещества и константы равновесия. Входящий в колонку газ будет вытеснять находящуюся в газовой фазе долю вещества оставляя на предыдущей тарелке долю вещества р. Каждая доля вновь будет распределяться между фазами, но уже в двух [c.288]

Вследствие этого расчеты процесса ректификации многокомпонентных систем развивались главным образом для идеальных систем. [c.107]

При выборе схемы разделения обычно не учитываются многообразные варианты исполнения реального процесса и, в частности, вариант подачи промежуточных продуктов (дистиллятов) из колонны в колонну в виде пара. Даже сравнение двух режимов работы колонны для разделения бинарной смеси в условиях питания ее жидкостью или паром показывает, что при этом в энергетических затратах может быть существенное различие. В частности, при минимальном орошении и идеально четкой ректификации разность удельного количества испаряемой жидкости в колонне, питаемой жидкостью или паром, равна доле низкокипящего компонента в сырье [7]. [c.9]

Тарельчатая колонна представляет собой трубу, в которой помещен ряд расположенных на равном расстоянии друг от друга горизонтальных тарелок или днищ. Флегма скапливается на каждой из тарелок до тех пор, пока не достигает определенного уровня, после чего стекает на следующую более низкую тарелку по сливным трубкам. Слой флегмы, находящийся на этой нижележащей тарелке и на каждой из последовательно нижележащих тарелок, закрывает нижний конец сливной трубы и тем самым не дает возможности пару проходить сквозь трубу. Сливная труба от первой или самой низкой тарелки также снабжена жидкостным затвором. Взаимодействие между паром и жидкостью проходит в момент прохождения пара через слой флегмы, собранной на тарелке. Из этого можно видеть, что процесс ректификации в тарельчатой колонне состоит из ряда отдельных ступеней. Если бы взаимодействие пара и жидкости на тарелке было идеальным, то каждая реальная тарелка была бы эквивалентна одной теоретической тарелке. Однако пар и жидкость, покидающие тарелку, обычно не находятся в равновесии, так что в действительности реальная тарелка эквивалентна лишь примерно 0,50—0,75 теоретической тарелки, или каждая реальная тарелка имеет эффективность 50—75%. [c.189]

Обсудим основные представления ректификационного анализа. При исследовании процессов периодической ректификации в реальных системах Рейндерсом и Де-Минье введено понятие об идеальной ректификации как о процессе, протекающем в колонке с бесконечным числом теоретических тарелок и с пренебрежимо малой задержкой, в сравнении с количеством жидкости в кубе. Представление об идеальной периодической ректификации играет роль полезной модели, которая на первом этапе позволяет отвлечься от особенностей, связанных с недостаточной эффективностью колонок и с влиянием задержки. [c.169]

Все разработанные к настоящему времени методы расчета процесса ректификации многокомпонентных смесей ограничиваются рассмотрением только идеальных смесей, т. е. подчиняющихся уравнению (XII, 1). [c.79]

Литературные источники по вопросу ректификации с водяным паром касаются главным образом теории фазового равновесия и расчета равновесия в присутствии водяного пара. В этой области широкой известностью пользуются работы профессора А. М. Трегубова [1], С. Н. Обрядчикова [2], А. И. (Скобло [3], С. А. Багатурова [4], в которых разработаны вопросы термодинамического равновесия углеводородных систем при наличии водяного пара в паровой фазе, проанализирован идеальный процесс ректификации с водяным паром в отгонных колоннах, дана методика аналитического расчета таких колонн. Однако в указанных работах не ставились вопросы о влиянии водяного пара как инертного компонента в паровой фазе на процессы массо- и теплопереноса между паровой и жидкой фазами, которые лежат в основе процесса ректификации в целом, а также вопросы количественной н качественной оценки четкости разделения углеводородных систем с инертным компонентом. В то же время современные тенденции интенсификации перегонки нефти требуют более глубокого изучения процесса ректификации, и одним из направлений такой работы являются вопросы кинетики процесса в присутствии водяного пара. [c.84]

В случае же ректификации многокомпонентных смесей фазовое равновесие выражается весьма сложными зависимостями, а полный состав продуктов разделения — дистиллата и кубового остатка — не может быть определен без предварительного расчета. Вследствие этих трудностей методы расчета (процессов ректификации многокомшонентных смесей изучены недостаточно. Усилия исследователей концентрировались главным образом вокруг наиболее легкой части проблемы — разработки методов расчета процессов ректификации идеальных смесей. [c.232]

Определение минимального флегмового числа для процесса ректификации многокомпонентной смеси вообще и для процесса азеотропной ректификации в частности является чрезвычайно сложной задачей. Предложенные методы применимы главным образом для случая ректификации идеальных смесей. Если в процессе азеотропной ректификации концентрация разделяющего агента в укрепляющей части колонны мало изменяется, то минимальное флегмовое число может быть ориентировочно апределено по условиям равновесия на тарелке питания с помощью уравнения материального баланса (259), в котором вместо должна быть подставлена концентрация отгоняемого компонента в жидкости, а вместо у — концентрация этого компонента в равновесном паре. [c.238]

Во многих случаях метод экстрактивной ректификации применяется для разделения многокомпонентных смесей. Таковы, например, обычно смеси углеводородов. По изложенным выше причинам коэффициенты относительной летучести компонентов таких смесей в процессе экстрактивной ректификации могут быть приняты постоянными. Поэтому расчет может производиться с помощью методов, применяемых для расчета процессов обычной ректификации идеальных многокбмпонентных смесей. Из числа этих методов широкое распространение получил приближенный метод Джиллиланда [247], благодаря его относительной простоте. Аналитический метод расчета процессов ректификации многокомпонентных идеальных смесей был предложен Ундервудом [249—252]. [c.248]

Различия в мольных энтальпиях испарения могут оказывать заметное влияние на число теоретических ступеней разделения особенно при малых флегмовых числах или при малой относительной летучести компонентов и высокой разделительной способности колонны. Графический метод Мак-Кэба и Тиле в этом случае заметно усложняется, так как при этом рабочие линии процесса ректификации не являются прямыми. Однако видоизменение метода Мак-Кзба и Тиле, предложенное Фишером [134], относительно упрощает графические построения. Биллет [135] вывел уравнения для расчета рабочих линий, соответствующих процессу ректификации бинарных смесей при различных мольных энтальпиях испарения компонентов. Тум [136] разработал метод прямого расчета числа теоретических ступеней разделения при ректификации идеальных бинарных смесей с конечным флегмовым числом, в котором учтены различия в энтальпиях испарения. [c.98]

Хаузену [173] удалось решить дифференциальное уравнение для идеальной трехкомпонентной смеси, а Вирн и Тийссен [174] разработали графический метод определения числа теоретических ступеней, основанный на приближенном представлении многокомпонентных смесей в виде бинарных. На эту возможность указал еще ранее Львов [1751, который в своей теоретической работе рассматривал процесс ректификации любой многокомпонентной смеси как процесс разделения, состоящий из совокупности параллельно [c.131]

Обычно процесс ректификации проводят в изобарических условиях, поэтому рассмотрим поведение идеальной бинарной смеси при Р = onst. [c.290]

ТОЧНО надежных методов расчета колонн для этих процессов. Трудность выполнения подобных расчетов объясняется тем, что вещества, участвующие в процессе ректификации, существенно отклоияюггся от законов идеальных растворов. [c.170]

Хаузену [136] удалось решить дифференциальное уравнение для случая идеальной тронной смеси Вик и Тийссен [137] разработали приближенный графический метод, рассматривающий многокомпонентные смеси как двойные смеси. На эту возможность указывал еще ранее Львов [138], который в фундаментальной теоретической работе рассматривал процесс ректификации любой многокомпонентной смеси как состоящий из отдельных параллельно протекающих процессов разделения двойных смесей. Важно, следовательно, выбрать такую двойную смесь, которая со стояла бы из наиболее трудно разделяемых ключевых компонентов (т. е. имела бы минимальное значение а), и в основу расчета положить кривую равновесия для зтой смеси. Для лабораторной практики этот способ рассуждения является самым рациональ ным для идеальных смесей, тем более что приближенные расчеты мон но подвергнуть проверке путем сравнительно простой опытной разгонки. [c.153]

Коп и Льюис [1751, развивая методЛьюиса и Мачесона, предложили графический ступенчатый метод расчета процесса ректификации многокомпонентных систем. Для каждого компонента идеальной многокомпонентной смеси строится изотерма фазового равновесия по уравнению у = Кх, при это.м [c.117]

ПоБомпонентдый метод расчета ороцессов ректификации и абсорбции в простых и сложных колоннах. Вначале рассмотрим алгоритмы численного расчета,, процессов ректификации и абсорбции идеальных многокомпонентных смесей в условиях равновесного контакта фаз. С целью сокращения записи излагаемого далее материала общую систему уравнений запишем для колонны, состоящей из N одинаковых ступеней, выражая покомпонентные потоки через мольные расходы компонентов. [c.155]

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]

Представляет интерес выяснить применимость к данной системе общетермодинамических подходов, которые успешно используются для аппроксимации свойств огромного массива других систем и являются основой для расчета процессов ректификации и перегонки с помощью стандартизованных программ. Уже первые попытки расчета коэффициентов активности компонентов показали, что ставшие традиционными методы проверки и предсказания данных о равновесии жидкость — пар Редлиха — Кистера, Херинг-тона и т. п. к данной системе неприменимы, так как один компонент— вода, в широком диапазоне концентраций по своему поведению близок к идеальному, а другой — формальдегид — проявляет сильно отрицательные отклонения от идеального поведения [292, 293, 294]. Однако последующий анализ показал, что применение методов этого типа, основанных на сравнении свойств реального раствора с результатами расчета на основе закона Рауля, не вполне корректно. Поведение мономерного негидратированного формальдегида как вещества в чистом виде газообразного при всех температурах существования водных растворов в принципе не может подчиняться закону Рауля, поскольку растворимость газообразных веществ в жидкостях коррелируется законом Генри. [c.144]

Таким образом, как и в тройных системах, при изменении состава куба по ломаной AB DE, состоящей из бесконечно малых ступенек и расположенной в пределе в разделяющей поверхности, в ходе идеальной периодической ректификации будет выделяться фракция переменного состава, представляющая собой смесь фракций Z, и 5. Нетрудно также заметить на рис. VI, 23, что если бы поверхность Р была плоской или конической с вершиной в точке 5, то вместо фракции переменного состава в ходе процесса отгонялся бы четверной седловой азеотроп. Однако подобные случаи, по-видимому, маловероятны для реальных систем. [c.178]

В самом деле, процесс ректификации в колонном аппарате протекает в условиях тесного контактирования паровых и жидких потоков и приводит к сложной картине взаимодействия фаз, обменивающихся энергией и веществом. Качественная картина этого сложного явления в первом приближении представляется как двусторонний массо- и энергообмен, количественно оцениваемый на основе гипотезы идеального контакта. Попытки более глубокого исследования кинетической природы процессов обмена веществом и энергией на контактной ступени не привели еще к установлению достаточно обоснованных и надежных зависимостей, позволяющих заменить метод теоретической тарелки, основанный на статическом представлении процесса, кинетическими зависимостями, описывающими протекание процесса во времени. Поэтому при проектировании ректификационной колонны следует сочетать данные теории с опытными показателями, полученными при лабораторных испытаниях или снятыми С.жйствуюпхих устяновок. и. обобщаюцшми практический опыт работы передовиков-новаторов. [c.5]

Для теоретического анализа и практического расчета процесса ректификации весьма важно знать зависимость состава паровой фазы от состава равновесной с ним жидкости. Наиболее полным выражением этой зависимости является уравнение (24) и в упрощенном виде для бинарной системы при Р = onst — уравнение (28). Однако как первое, так и второе выражение включают в себя изобарный и химический потенциалы, которые в общем случае не поддаются непосредственному определению. Для идеальных смесей эти функции можно выразить через параметры состояния. [c.13]

Таким образом, схема идеальной колонны позволяет довольно просто понять сущность процесса ректификации, оценить влияние технологического рзжима на конечные результаты процесса ректификации и в первом приближении определить высоту ректификационной колонны. [c.67]

Достижения в области ректификации идеальных смесей позволяют обратить внимание на другой класс задач, связанный с исследованием процессов разделения многокомпонентных неидеальных азеотропных и гетероазео-тропных смесей. В этом случае на результаты ректификатаи и дистилляции определяющим образом вл.яя.ет физико-химическая природа разделяемой смеси. Здесь фактически возникают дле взаимосвязанные задачи 1) исследование азеотропных свойств и всех возможных типов смесей по характеру равновесия между жидкостью и паром 2) изучение процессов ректификации и дистилляции в системе определенного типа при различных условиях. Из совместного решения указанных задач вытекают принципы построения технологических схем разделения веществ. [c.5]

Для расчета процессов ректификации идеальных бинарных смесей (при а — onst) кроме графического разработаны аналитические методы расчета. Они удобны и для расчета процессов ректификации неидеальных смесей в области малых (или, наоборот, [c.554]

Для расчета процесса ректификации идеальных многокомпонентных смесей Андервудом предложен аналитический метод определения минимального флегмового числа и числа теоретических ступеней, основанный на совместном решении уравнений материального баланса (V. 230) и (V. 231) и фазового равновесия (V. 222) при условии постоянства флегмовых чисел и коэффициентов относительной летучести. Для произвольного -го компонента из этих уравнений следует [c.555]

Повышенная точность в определении относительной летучести может потребоваться в тех случаях, когда ее значение близко к единице или когда ее крайние значения в пределах рабочих условий процесса ректификации значительно отличаются друг от друга. В таких случаях наиболее простым и точным решением этого вопроса, в отличие от других [2, 3], следует признать предложение Либинсона и Малахова [4]. Эти исследователи рассматривают изменение относительной летучести по колонне при ректификации идеальных бинарных смесей как линейную функцию состава, т. е. [c.9]

Как видно, это отношение ничем не связано с присутствием других компонентов, кроме компонентов рассматриваемой пй-ры В—В, так как знаменатель (сумма молей всех компонентов) сократился. По своему физическому смыслу сокрап ение знаменателя означает, что каждый компонент, присутствующий в идеальной смеси, является, по существу, только разбавителем, который в одинаковой мере влияет на равновесное содержание в паровой фазе каждого из остальных компонентов. Поэтому рассмотрение процесса ректификации по разделяемым парам действительно позволяет выявить самые существенные взаимодействия, каковыми являются равновесные соотношения между разделяемыми компонентами, а среди них найти наиболее трудные взаимодействия, определяющие весь процесс. В то же время это означает, что остальные присутствующие в идеальной смеси компоненты пе оказывают сколько-нибудь существенного влияния на взаимодействия между разделяемыми компонентами. [c.105]

Итоги первого этапа применения ЭВМ для исследования процесса ректификации в нашей стране были подведены в монографии В. М. Платонова и Б. Г. Берго Разделение многокомпонентных смесей , некоторые разделы которой были написаны совместно с Ф. Б. Петлюком. В этой книге описаны разработанные к тому времени методы расчета ректификации и некоторые термо.7ппамтг- сс . исследования ректификации только идеальных и близких к идеальным смесей. [c.9]

Вторичные элементы, наоборот, непосредственно связаны с процессом ректификации и представляют собой части концентрационного пространства, ограничивающие процесс ректификации при различных режимах. Вторичные структурные элементы определяются после определения первичных элементов. Ниже вводится ряд вторичных структурных элементов области, подобласти, зоны ректификации и продуктовые симплексы (для режима бесконечной разделительной способности) [17, 18, 20], а также области, подобласти обратимой ректификации и области идеальности (для режима термодинамически обратимой ректификации) [19]. Первичные структурные элементы, их формализация применительно к ЭВМ и методы их определения для конкретных смесей, а также важнейшие вторичные структурные элементы (области и подобласти ректификации, области обратимой ректификации и области идеальности) и их выделение с помощью ЭВМ ляссматриваются в настоящей главе. Остальные вторичные структурные элементы рассматрниаюкм п главе II—V, в непосредственной связи с качественным анализом соответствующих режимов ректификации. [c.16]