Диссертация (Массопередача в процессе экстрактивной ректификации ароматических и неароматических углеводородов), страница 5

В работе [82] на основедиффузионногоподходаректификационныхразработанаколонсмодельвихревымирасчетаконтактнымиэффективностиустройствами.Эффективность массообмена на контактных устройствах вихревого типа такжерассмотрена в [83, 84].Работы [85 – 92] посвящены исследованию массообмена в процессахректификаци в колоннах с различными насадочными устройствами. Полученныеавторами уравнения для расчета коэффициентов массоотдачи приведены втаблице 1.2.Таблица 1.2. Обзор уравнений для расчета коэффициентов массоотдачи в фазах.Уравнение z a  bz Re Sc a d е    z  g z 20.713 y a  by Re y Sc y a d е   y Dmy 23z1 2z1 325Уравнение пенетрационной модели с поправочнымкоэффициентом CEDz w b  a  z ae  2 m ez z  e a p hc  a p  y hc 0.054 Re 0y.8 Sc 0y.33yDmwey  wez  y hcздесь Re y y Dmz bz wez z  2  hc12НасадкаУниверсальнаякорреляция.

Тип насадкиучитываетсякоэффициентами bz иИсточник[85]byУниверсальнаякорреляция. Тип насадкиучитываетсякоэффициентами bz[86]Тип насадки и еегеометрия учитываютсяпри расчете wey и wez[87]26Уравнениеy   ylam ShylamDmylamyСтруктурированныенасадки[88]deShylam  0.664 Sc1y 3 Re ydelc  d 2 3 turb81   e  Shy l 2 31  12.7Sc y  1   c  8wey  wez  y hcздесь Re y Re y Sc yИсточникShyturbDmy,  yturb deНасадкаturbyy z f  bz 1216w av 1 2ez12 Dmz   f  a  de   a V1a 3 2 y  w y y f  byDFсв  H  , fr 1 2 d e1 2 m  a yz  ADmzz34y y Dm13 f   aRe Bz  Scz0.5 Hp hy  C  d e  Re  Sc  de  c Dz  L  1.0 Re z1Sc1z 3  z m  de Ey0.330.67yym c y Dmy  de  c Dz  L  0.33 Re z1Sc1z 3  z m  de  c y Dmy  cos   G  0.0084 Re Sc  cos 4 d e zc D  L  12 Re z1Sc1z 3  z m  de 13y c y Dmy  G  0.3516 Re Sc d e 12y13ybyУниверсальнаякорреляция[90]Плоскопараллельнаянасадка[91]IMTP (Koch-Glitch)насыпная седловиднаянасадка G  0.00473 Re y1Sc1y 3 1y[89]Металлические кольцаПаля cy D  de  c Dz  L  1.0 Re z1Sc1z 3  z m  de  G  0.00104 Re y1Sc1y 3 Универсальнаякорреляция.

Тип насадкиучитываетсякоэффициентами bz и[92]7.15ЛистовыеметаллическиеструктурированныенасадкиСетчатые насадки27В работах [93 – 97] опубликованы данные по эффективности массообменана различных конструкциях насадок без обобщения какими-либо уравнениями.Отдельное место среди насадочных контактных устройств занимаютнасадки, предназначенные для разделения изотопов, которые должны обладатьвысокойэффективностьюипропускнойспособностьюпринебольшихгидравлических сопротивлениях.

Исследования массообменной эффективноститаких насадок можно найти в работах [98 – 100].При исследовании процессов массопереноса возможно использованиеметодов аналогий, которые основываются на схожести законов переноса массы сзаконами переноса тепла или количества движения. В работе [101] массообмен вбарботажных слоях массообменных колонн исследовали методом аналогиипереноса импульса и массы. По результатам теоретических исследованийавторами предложена модель расчета КПД Мерфри для реальной ступениразделения.В работе [102] предложен метод определения коэффициентов массоотдачии, следовательно, эффективности насадочных колонн. Метод построен на хорошоизвестных соотношениях тепло- и массопереноса и позволяет определятьэффективность колонны обратным путем на основе рабочих параметров колонныс приемлемой точностью.

Среднее отклонение расчетных значений ВЭТСполученных авторами от экспериментальных не превысило 15%.Отдельно стоит отметить работу [103], где авторы проводили измерениялокальныхрасходовиконцентрацийжидкостивпоперечномсечениинасадочного слоя (насадка Koch-1Y), которые показали наличие существенныхнеравномерностей в локальных расходах жидкости. В частности, отмечаетсятроекратное различие в локальных расходах жидкости в различных частяхпоперечного сечения насадки. Измерения локальных концентраций в поперечномсечении насадки также показали заметные неравномерности симбатные снеравномерностями в орошении насадки.

В работе авторы пришли к выводу, чтовлияние данных неоднородностей в орошении колонны на общую эффективностьразделения (ВЭТС) существенно зависит от расходов потоков пара и жидкости,28высоты насадочного слоя, а также способа размещения насадки в колонне(количество поворотов между секциями насадки).Авторы[104]подошликописаниюпроцессамассопереносавмногокомпонентных смесях с точки зрения термодинамики необратимыхпроцессов. В результате было выведено уравнение массопередачи в матричнойформе, в котором плотность потока является функцией матриц коэффициентовпереноса и движущей силы. Последняя выражается в виде разности равновеснойноды жидкость - пар на границе раздела фаз и рабочей ноды, связывающейконцентрации в объемах фаз.В работе [105] рассмотрен неэквимолярный массоперенос, который можетнаблюдаться в процессах неадиабатической ректификации. На основе анализаинтегрального уравнения диффузионного пограничного слоя авторы пришли квыводу,чтофеноменологическоеуравнениемассоотдачивслучаенеэквимолярного массообмена требует корректировки и предложили его новуюструктуру, которая основана на отнесении произвольного массообменногопроцесса к эталонному, в качестве которого рассматривается эквимолярныйпроцесс.

Неэквимолярный массоперенос может возникать и при адиабатическойректификации в тех случаях, когда мольные теплоты испарения компонентовсущественно различаются. Ненулевой результирующий поток вещества черезмежфазную границу в зависимости от своего направления может, какувеличивать, так и уменьшать эффективность реальной ступени [106].1.3. Массопередача в процессах экстрактивной ректификацииПроцесс экстрактивной ректификации существенно отличается от процессапростой ректификации с точки зрения материальных балансов. Если при простойректификации в колонне выше ввода питания поток пара всегда превышает потокжидкости, то в процессах экстрактивной ректификации ситуация обратная - потокжидкости существенно превышает поток пара. РА при этом практически неиспаряется и участвует только в процессе массоотдачи в жидкой фазе.

Эти29особенности безусловно влияют и на массообмен происходящий в процессеректификации в присутствии РА.Авторы [107] решили задачу по определению сопротивлений массоотдаче вфазах в процессе ЭР на колпачковых тарелках при помощи аналогии Чилтона –Кольбурна:N y систем а1hz систем а1 Sc y систем а 2   N y систем а 2   Sc y систем а1  Dmz систем а 2   hz систем а 2   z Dm систем а1 123,(1.10)2.(1.11)На первом этапе были проведены экспериментальные исследования поопределению зависимостей числа единиц переноса в газовой фазе N y систем а2  ивысоты единицы переноса в жидкой фазе H z систем а2  в процессах насыщения водыкислородом и десорбции кислорода из воды соответственно от параметровпроцессов ( F -фактор, скорость жидкости, геометрические параметры тарелки).Далее при помощи уравнений (1.10), (1.11) были определены показателиэффективности массоотдачи в паре и жидкости в процессе экстрактивнойректификации N y систем а1 , H z систем а1 .

Переход к эффективности по Мерфри былосуществлен при помощи выражения:11mG L. 2.3 log 1  Em  N yNz(1.12)При сопоставлении полученных значений КПД по Мерфри с результатамиэксперимента [108] расхождения не превысили 6%. Также авторами [107]отмечается что 79% всего сопротивления массопередаче в процессе ЭР С4фракции в присутствии фурфурола в качестве РА сосредоточено в жидкой фазе.В работе [109] опубликованы результаты обследования промышленнойколонны, предназначенной для выделения толуола из бензиновых фракцийметодом экстрактивной ректификации в присутствии фенола в качестве РА.Колонна состояла из 65 двухпоточных колпачковых тарелок.

Исходную смесьподавали на 19 тарелку, а РА на 39 (счет снизу). Пробы жидкости отбирали в30среднем на каждой третьей тарелке. Авторы условно разделили колонну на двесекции: секцию выше ввода РА (секция простой ректификации) и секцию нижеввода РА (секция экстрактивной ректификации). Эффективность каждой секции,выраженную в количестве теоретических ступеней, определяли при помощиметода Мак-Кеба и Тилле, после чего переходили к КПД колонны при помощивыражения:F N st теоретN st реал ьн.(1.13)Обработка экспериментальных данных показала, что в секции простойректификации КПД составляет 60%, в то время как в секции ЭР – не более 50%,то есть присутствие РА на тарелках затрудняет массопередачу.Работа [110] посвящена изучению кинетики массопередачи в процессеэкстрактивной ректификации бинарной смеси метилциклогексан – толуол вприсутствии фурфурола в качестве РА.

Исследования были выполнены налабораторной колонне оборудованной нерегулярной насадкой (кольца Рашига).Авторы установили характер влияния тангенса угла наклона равновеснойзависимости, а также соотношения расходов пара и жидкости на величину ВЭТСпри бесконечном орошении, в результате чего обнаружили, что при скоростяхпара в колонне ниже минимальных («loading velocity» - скорость паровой фазы,при которой насадка полностью смочена жидкостью) ВЭТС не зависит от добавокРА, поскольку определяется главным образом тоннельными эффектами внасадочном слое (проскок газа без контакта).