Многокомпонентная ректификация потоками

Схема потоков в простой колонне, разделяющей многокомпонентную смесь, принципиально не отличается от потоков в колонне для разделения бинарной смеси (рис. 1У-5). Однако в отличие от бинарной системы в многокомпонентной смеси содержится компонент, имеющий самую низкую температуру кипения (самую высокую относительную летучесть), т.е. НКК, компонент с наибольшей температурой кипения (наименьшей относительной летучестью), т.е. ВКК, а также компоненты, которые по температурам кипения (относительным летучестям) располагаются между НКК и ВКК. Это вносит целый ряд особенностей в расчет и поведение компонентов при ректификации. [c.165]

Чтобы до некоторой степени облегчить трудоемкий аналитический расчет многокомпонентной ректификации и получить основные результаты возможно более простым путем, имеет смысл в первом приближении принять, что относительные летучести компонентов и величины мольных потоков флегмы и паров сохраняются постоянными по всей высоте секций колонны. Это позволяет опустить нижние индексы в обозначениях жидких и паровых потоков и представить уравнение концентраций, папример, укрепляющей секции в форме [c.355]

Уравнение Фенске — Андервуда. Исследование режима полного орошения сложной колонны, разделяющей многокомпонентную систему, оказывается значительно более трудным, чем в случае простой колонны, вследствие специфических особенностей варьирования концентраций сложной смеси. В самом деле, в двойных системах возможен лишь один способ варьирования состава, а именно dxy = —dx . Специфика же многокомпонентных систем состоит в том, что в них можно осуществить бесконечное множество способов изменения состава фаз. Между тем концентрации продуктов колонны и внутренних потоков паров и флегмы должны обязательно удовлетворять уравнениям материального баланса, для использования которых нужно иметь возможность оперировать ненулевыми количествами L, D ж R. Поэтому в целях исследования картину гипотетического режима полного орошения сложной колонны удобно представлять как процесс ректификации в колонне бесконечно большого сечения, при котором образуются конечные количества целевых продуктов Z) и i из конечного количества сырья L при бесконечно большом флегмовом числе. [c.356]

Решение уравнения диффузионной модели движения жидкости на тарелке получено в предположении линейной равновесной зависимости. Однако для других случаев такое решение можно получить лишь численно. Особенно это относится к многокомпонентной ректификации. Поэтому практически целесообразнее использовать описание моделей структуры потоков конечно-разностными уравнениями, которые в линейном приближении равновесных зависимостей (что часто справедливо в пределах точности вычислений) на ступени разделения позволяют получить несложные с вычислительной точки зрения зависимости. [c.89]

В качестве основного элемента технологических схем ректификации многокомпонентных смесей в большинстве случаев принимается полная ректификационная колонна, оборудованная кипятильником (подогревателем) и дефлегматором (конденсатором), в которую подается один поток питания и отбираются два продук- [c.105]

Брауэром [54] в общей форме изложены теоретические основы процессов массообмена и разделения одно-и многофазных систем. При этом рассмотрен массо-перенос в неподвижных и движущихся средах. Для изучающих ректификацию особенный интерес представляют разделы Массопередача в неподвижных и подвижных слоях насадки , Массоперенос через границу раздела в простых двухфазных системах и Массоперенос в двухфазных потоках промышленных аппаратов . Холланд [55] подробно обсуждает вопросы многокомпонентной ректификации. В своей монографии [43а] Биллет освещает вопросы применения ректификации в промышленности. [c.17]

При расчете колонн ректификации необходимо составить материальный баланс колонны. Если разделению подлежит многокомпонентная смесь, то два крайних компонента (самый легкий и самый тяжелый) называются ключевыми компонентами. Легкий ключевой компонент имеет самую низкую темпе ратуру кипения и обычно является компонентом, который в заметных количествах содержится в продуктах низа колонны. Тяжелый ключевой компонент в заметных количествах содержится в дистиллятных потоках. Обычно ключевые компоненты имеют почти одинаковую летучесть. Их невозможно разделить полностью, поэтому задача состоит в том, чтобы определить степень разделения, которая может быть достигнута в колонне определенных размеров при соответствующем количестве орошения и нагрузке ребойлера. [c.139]

Для значительного облегчения весьма трудоемкой процедуры аналитического расчета многокомпонентной ректификации часто принимают два упрощающих допущения 1) постоянство молярных количеств потоков по высоте каждой секции колонны и 2) постоянство относительных летучестей компонентов. [c.368]

В уравнениях математического описания процессов бинарной и многокомпонентной ректификации использованы следующие условные обозначения, информационных переменных А — фактор абсорбции с —число компонентов смеси О — количество дистиллята (1 — количество компонента в дистилляте Д — коэффициент диффузии Р — количество питания / — тарелка питания О —количество флегмы Н — энтальпия потока пара — энтальпия компонента пара А — энтальпия потока жидкости —энтальпия компонента жидкости АЯ — изменение энтальпии потока . 1, г — Произвольный компонент смеси / — произвольная тарелка к — константа фазового равновесия ка — коэффициент массопере- [c.83]

Организация материальных и тепловых потоков в сложных колоннах для многокомпонентной ректификации практически не отличается от организации потоков в простых колоннах для разделения бинарной смеси. Однако в отличие от бинарной в многокомпонентной смеси кроме веществ, обладающих наибольшей и наименьшей относительной летучестью, существуют соединения, которые по значениям относительной летучести (или температур кипения) располагаются между низкокипящим и высококипящим компонентами. Поэтому расчет ректификационных колонн для разделения многокомпонентных смесей намного сложнее расчета аппаратов для разделения бинарных систем. При этом возможна постановка задачи не полного разделения многокомпонентной смеси на составляющие компоненты, а выделения из этой смеси одного или нескольких компонентов. [c.134]

Процесс многокомпонентной ректификации в условиях поставленной задачи полностью определяется распределением парового потока по высоте колонны У, У2-.. Ук-2 и может быть рассчитан одним из способов от тарелки к тарелке . [c.216]

При многокомпонентной ректификации диффузионный поток компонента зависит также от соотношения скоростей переноса для бинарных пар компонентов, входящих в многокомпонентную смесь. [c.107]

Относительно применения различных моделей гидродинамики при моделировании ректификационных установок можно констатировать, что использование на стадии проектирования для качественного анализа различных схем разделения наиболее простых моделей вполне оправдано, поскольку дает определенный запас по разделительной способности и экономит вычислительные затраты. При проведении более точного моделирования с вычислительной точки зрения предпочтение следует отдать гидродинамическим моделям, основанным на ячеечной структуре потоков, поскольку использование диффузионных моделей, особенно при многокомпонентной ректификации, сопряжено с серьезными вычислительными трудностями, связанными с необходимостью решения двухточечной краевой задачи для системы дифференциальных уравнений. Погрешность в оценке параметров гидродинамических моделей оказывает меньшее влияние на точность результатов моделирования по сравнению с ошибками в определении кинетических параметров и параметров уравнений, описывающих паро-жидкостное равновесие. [c.319]

Схемы с обратимым смешением потоков. Одним из перспективных подходов к выбору оптимального способа разделения многокомпонентных смесей является разработанный Платоновым с соавторами метод, основанный на анализе термодинамически обратимых процессов многокомпонентной ректификации. Ими предложен ряд вариантов схем с обратимым смешением потоков (рис. VI. 19).-Все эти варианты предусматривают исчерпывание в каждой секции не более одного компонента, что характерно для обратимой ректификации. Основные особенности этих схем [c.369]

С целью облегчить до некоторой степени весьма трудоемкий аналитический расчет процесса многокомпонентной ректификации и по возможности проще и скорее получить основные теоретические результаты имеет смысл в первом приближении принять два допущения. Обычно допускается, что относительные летучести компонентов и величины молярных потоков флегмы и паров по всей высоте секций колонны приняты постоянными. [c.308]

В зависимости от типа элементов схемы (однородные или неоднородные) задача синтеза технологической схемы может ставиться по-разному. При выборе технологической схемы с однородными элементами (теплообменной системы, системы разделения многокомпонентных идеальных смесей методом ректификации) обычно отсутствует исходный вариант схемы и элементы могут соединяться между собой самыми различными способами. Задача состоит в том, чтобы найти оптимальный вариант их соединения (оптимальный в смысле критерия). В случае теплообменной системы задача синтеза может быть сформулирована следующим образом [34]. Имеется М горячих потоков 8 1 И = 1, 2,. . ., М), которые необходимо охладить, и N холодных потоков (7 = 1,2,.... . ., N), которые необходимо нагреть. Для каждого потока заданы начальная Гн, конечная Гк температуры и водяной эквивалент. Имеются также вспомогательные нагреватели и холодильники. Задача синтеза Состоит в том, чтобы создать систему из рекуперативных теплообменников, нагревателей и холодильников, которая позволила бы достичь заданных конечных температур потоков при минимуме полной стоимости системы при заданных стоимостях элементов. [c.108]

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]

В случае последовательно-параллельного объединения колонн в единую технологическую схему разделения анализа полученной системы может быть проведен путем последовательного расчета каждой из колонн в отдельности, для чего может быть использован любой метод расчета колонн многокомпонентной ректификации, обладающий достаточной скоростью сходимости. Иначе обстоит дело в случае моделирования сложных кохмплексов колонн, в которых каждая из колонн должна рассматриваться во взаимосвязи с другими-Раздельный расчет каждой из колонн, составляющих сложный комплекс, при этом связи с необходимостью последующего уточнения величин и составов потоков, объединяющих колонны, что с одной стороны, возможно лишь для относительно несложных комплексов, какими, например, являются колонны с одной стриппинг-секцией [202, 130], а с другой стороны, даже в этом относительно простом случае для получения решения требуется очень большой объем вычислений. Поэтому наиболее перспективным следует считать разработку таких методов моделирования сложных комплексов колонн, которые основаны на совместном расчете всех колонн, составляющих комплекс. Сложность одновременного расчета всех колонн комплекса определяется двумя основными причинами. Это, во-первых, необходимость совместного решения систем уравнений математического описания всех колонн, и, во-вторых, значительная склонность решения к раскачке , что вызывает определенные трудности, связанные с проблемами обеспечения сходимости процесса решения [130, 268]. [c.66]

Процедура поиска возможных вариантов объединения потоков в пределах схемы разделения многокомпонентных смесей ректификацией отличается тем, что выявление возможностей рекуперации тепла проводится на этапе предварительного анализа свойств потоков без необходимости выполнения полных расчетов колонн. Выявляемые варианты теплового объединения в дальнейшем используются при синтезе как наиболее перспективные в смысле энергозатрат. [c.497]

Для синтеза гомогенной схемы, разделения многокомпонентной смеси методом ректификации источниками тепЛа являются потоки сверху колонны, а стоками — кубовые продукты. Вклад потоков питания как источников (стоков) в общую задачу рекуперации энергии значительно меньший, чем продуктов разделения. На рис. 2.9 приведены возможные схемы разделения четырехкомпонентной смеси А B D на чистые продукты. Компоненты расположены в порядке возрастания температур кипения. Если принять, что рекуперация тепла производится за счет подогрева кубового остатка верхним продуктом, а колонны работают при одинаковых давлениях, то однократная рекуперация тепла возможна лишь в трех случаях из пяти. Следовательно, при прочих равных показателях эти схемы экономически выгоднее. [c.141]

Температурный режим колонны устанавливают по данным о составе внешних потоков. При ректификации многокомпонентных смесей, которая осуществляется на многих технологических установках НПЗ и НХЗ, температуры находят в результате подбора таких значений температур, при которых удовлетворяются следующие уравнения [c.106]

При ректификации сложных смесей (нефть, продукты ее переработки) температуры потоков можно определять по аналогии с многокомпонентными смесями (например, разбивая нефть или широкую углеводородную фракцию на узкие фракции, которые затем приравниваются к индивидуальным соединениям) или по кривым однократного испарения (ОН). [c.106]

При ректификации многокомпонентных смесей, например нефти и нефтепродуктов, температуры потоков определяют подбором таких значений температуры, при которых удовлетворяются следующие равенства [8] [c.46]

Наиболее сложным для реализации оказывается второй этап, сущность которого заключается в определении соотношения параметров N, Е я NF, позволяюпщх достигнуть заданной степени разделения. Сложность состоит в том, что практически все известные алгоритмы расчета многокомпонентной ректификации являются итерационными с последовательным уточнением составов по уравнениям материального баланса и потоков — по уравнениям теплового баланса. К тому же в качестве исходных данных необходимо задание конструкционных и режимных параметров (число тарелок М, тарелка ввода питания NF, флегмовое число Н), конечные значения которых при выполнении требований на качество продуктов разделения находятся минимизацией критерия оптимальности типа (7.141). Необходимость многократных расчетов для нахождения оптимального решения является существенным недостатком всех точных моделей. Поэтому любая возможность снижения размерности задачи без потери точности является важной задачей разработки алгоритмов проектного расчета. Ниже рассматривается один из таких алгоритмов, основанный на методе квазилинеаризации. [c.326]

Указанные потоки при многокомпонентной ректификации могут быть получены двумя способами отбором из других кслонн путем ректификации на концевых учюткзх колонны смесей, содержащих по (р—1) компонентов. Эти варианты будут рассмотрены ниже. [c.182]

С целью исследования особенностей разделения многокомпонентной смеси был проведен расчётный анализ ректификации эквимассовой четырехкомпонентной смеси гексан-гептан-октан-нонан. Расчёты разделения смеси выполнены модифицированным методом релаксации с учётом теплового взаимодействия потоков упругости насыщенных паров компонентов рассчитывались по уравнению Антуана. Составы продуктов разделения, полученные в результате расчета, приведены в таблице (вариант №1). [c.176]

Программное обеспечение задачи расчета (колонн многокомпонентной ректификации и их комплексов состоит из следующих основных частей подсистема анализа физико-химических данных (подсистема расчета потоков-связей в комплексе колонн подсистемы расчета колонн и вывода результатов расчета. В основу метода расчета колонн положен потарелочный метод Тиле-Гедеса, сформулированный в мат ричной форме (системы уравнений математического описания приводятся к. тридиагональной форме). Для ускорения сходимости итерационных расчетов используется модифицированный метод 0-коррекции [265—268] или метод Ньютона-Рафсона [265— [c.72]

Оценка термодинамической эффективности различных схем ректификации многокомпонентных смесей выполнена в работе [24], где с-ра ннвалнсь обычные схемы из простых колонн (рпс. П-16, а), и схемы со связанными материальными и тепловыми потоками (рис. П-16, б и в цифры у колонн соответствуют номеру таредки N и общему их числу). Состав исходной смеси, относительные летучести компонентов, составы и массы получаемых продуктов приведены в табл. П.2. [c.119]

При расчетах ректификации многокомпонентных систем иногда бывает удобно выражать составы паровых и жидких потоков не с помощью мольных долей, а числами молей отдельных компонентов обычно это упрощает запись расчетных уравнений. Так, если мольную долю -того компонента во флегме, стекающей с -Й тарелкп, обозначить через то его количество составит Для упрощения записи удобно принять для этой величины обозначение, в котором первый нижний индекс показывает ступень, а второй — компонент, количество которого в стекающей флегме представлено этим символом. Аналогично R соответственно будут представлять СпУщ, и Ях[ц, т. е. [c.399]

Расчеты абсорбционно-десорбционных процессов по методу Кремсера — Брауна в силу допущений, принятых при выводе формул абсорбции и десорбции, являются приближенными. ЭВМ позволяет отказаться от этих допущений и решать задачу в точной постановке. Известен метод расчета от тарелки к тарелке . Суть его сводится к тому, что для каждой тарелки решаются свои уравнения материального и теплового баланса и уравнение равновесия. Методом итераций достигают установившегося режима работы колонны. Основной недостаток этого метода — использование понятия теоретической тарелки (использование уравнения равновесия). Точное определение числа теоретических тарелок не имеет большого смысла, поскольку при переходе к реальным тарелкам приходится апеллировать к к. п. д. тарелок, выбор которого в определенных пределах произволен. Точный потарелочиый расчет приобретает смысл при определении мест ввода в колонну нескольких сырьевых потоков и (или) вывода нескольких продуктовых, что встречается при ректификации многокомпонентных смесей. [c.86]

Нефтепродукты, подлежащие разделению, относятся к к.п ассу многокомпонентных смесей. При разделении многокомпонентных смесей методами ректификации в промышленности часто применякзт сложные ректификационные колонны (с несколькими вводами сырья, с отборами одного или нескольких боковых погонов, с промежуточиым по ,водом или отводом тепла, с боковыми отпарными секциями и т.д.) и 1 истемы колонн с взаимосвязанными потоками. Применение таких ксаюнн дает возможность существенно повысить эффективность процесса, за счет сокращения количества тарелок в колоннах и уменьшения самих ко юнн, а также улучшить энергетические показатели процесса. В связи с этим проблема разработки надежного метода расчета процесса в таких аппа])атах имеет большое практическое значение. [c.7]

Разработка оптимальных технологических схем однородных тепловых и ректификационных систем — типовых технологически узлов химических производств связана с решением следующей конкретной задачи синтеза ХТС, которая является задачей синтеза четвертого класса. При заданных типах элементов системы необходимо определить топологию технологических связей между этими элементами и выбрать такие параметры элементов, которые обеспечивают выполнение либо требуемой технологической операции теплообмена между несколькими технологическими потоками, либо технологической операции разделения многокомпонентной смеси (МКС) на заданные продукты (химические компоненты или фракции) при оптимальном значении некоторого показателя эффективности функционирования системы (например, минимум приведенных затрат). В частности, задача синтеза оптимальных технологических схем систем разделения многокомпонентных смесей (СРМС) формулируется следующим образом при заданных составе сырья, номенклатуре продуктов разделения и требованиях к их качеству необходимо выбрать оптимальные с эко -номической точки зрения типы и параметры процессов разделения (например, обычная, азеотропная или экстрактивная ректификация экстракция абсорбция и др.), а также оптимальную структуру технологических связей между этими процессами разделения. [c.142]

Ректификация является одним из энергоемких процессов химической технологии. Поэтому оптимальность системы разделения предполагает вторичное использование тепла потоков с целью снижения внешних энергозатрат не только по отдельным установкам, но и по всей технологической схеме разделения многокомпонентной смеси. Тепловое объединение в пределах системы разделения возможно вследствие разности температур кипения ко-гечных продуктов отдельных колонн (при одинаковом давлении). [c.477]

Характерными особенностями современных исследований в области ректификации являются, во-первых, применение системного подхода и, во-вторых, рассмотрение ректификации как про- цесса разделения многокомпонентных смесей. Системный подход находит выражение в разработке алгоритмов расчета колонн со сложным взаимодействием потоков, комплексов колонн с замкнутыми материальными и тепловыми потоками, представлении процесса как совокупности явлений (парожидкостного равновесия, гидродинамики, тепломассопередачи и т. д.) со всей сложностью взаимосвязей между ними. Многокомпонентность разделяемых смесей приводит к необходимости разработки не только качественно новых экспериментальных методов, но и теоретических обос- [c.116]

Расчеты, проведенные по уравнению (3.47), показывают удовлетворительное совпадение с экспериментом для бинарных и многокомпонентных органических смесей в условиях пленочной ректификации. По мнению Э. Рукенштейна, однако, суммирование диффузионного и термического потоков при расчете потока компонента через границу фаз является некоторьгм упро-шением, не учитывающим взаимодействия этих потоков, что действительно так, поскольку эта модель не имеет теоретического обоснования с точки зрения термодинамики. [c.139]

Предлагаемый нами алгорит.м синтеза оптимальных энергосберегающих систем ректификации (СР) многокомпонентных смесей (МКС) с рекуперацией тепла внутренними технологическими потоками базируется на применении пинч-метода для энтальгшйного термодинамического анализа тепловых потоков в комбинации с функциональными возможностями моделирующих программ (типа ЬГ Г515, НУ81М, и др.). [c.183]

Необходимое для проведения ректификацит многокомпонентное испарение жидкости осуществляется в кипятильнике 4. В дефлегматоре 3 происходит полная конденсация паров. Из делителя потока часть дистиллята, отвечающая флегме, возвращается в колонну, а остальная часть проходит через холодильник 5 и направляется в сборник 7. Менее летучая часть исходной смеси непрерывно отбирается из нижней части ректификационного аппарата и поступает в сборник 6. [c.306]

В главе 1 рассмотрено движение однородных потоков, основывающееся главным образом на законах классической механики жидкостей, в главе II — движение неоднородных потоков, причем особое внимание уделяется новейшим экспериментальным данным. Глава III посвящена процессам, основанным на законах классической термодинамики, в частности связанным с понятием необратимости. В главе IV изложены законы теплопередачи. В главе V описаны процессы, в основе которых лежат законы межфазного многокомпонентного равновесия, т. е. законы физической химии, в главе VI — многоступенчатые процессы (ректификация, абсорбция, жидкостная экстракция), объединяемые общим расчетным методом. Процессы, сущностью которых является кинетика массопередачи, рассмотрены в главе VII, процессы одновременной тепло-и массопередачи, которые имеют место при сушке газов и твердых тел, — в главе VIII. Глава IX посвящена техническим проблемам химических реакторов. [c.8]