Энергосбережение в процессах ректификации бинарных и многокомпонентных смесей, страница 11

Это наглядноq kkпродемонстрировано на рис. 2.9-2.20 (принято: х2 = 0,98, х0 = 0,02).Рис.2.9. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,25; коэффициент избытка флегмы σ=1,173Рис.2.10. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,25; коэффициент избытка флегмы σ=1,3Рис.2.11. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,25; коэффициент избытка флегмы σ=1,574Рис.2.12. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,25; коэффициент избытка флегмы σ=2Рис.2.13.

Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,5; коэффициент избытка флегмы σ=1,175Рис.2.14. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,5; коэффициент избытка флегмы σ=1,3Рис.2.15. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,5; коэффициент избытка флегмы σ=1,576Рис.2.16. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,55; коэффициент избытка флегмы σ=2Рис.2.17.

Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,75; коэффициент избытка флегмы σ=1,177Рис.2.18. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,75; коэффициент избытка флегмы σ=1,3Рис.2.19.

Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,75; коэффициент избытка флегмы σ=1,578Рис.2.20. Отношение удельных затрат теплоты в кубе колонны при питании последнейпарожидкостной смесью и кипящей жидкостью.Доля пара в исходной смеси Ψ=0,75; коэффициент избытка флегмы σ=2Из рис. 2.9-2.20 видно, что при малых значениях коэффициента избыткафлегмы σ любое количество пара, подведенного в колонну, приводит к тому, чторасход теплоты в кубе становится меньше.Также полученные графики говорят о том, что отношение/можетбыть больше 1 (но только в случае больших коэффициентов избытка флегмы σ).Интересно заметить, что присравненииудельных затрат теплоты в кубеколонны в случае пара и кипящей жидкости пересечение кривых происходило водной точке.

В данном случае (сравнение кипящей жидкости и парожидкостнойсмеси) пересечение кривых происходит в разных точках.В частном случае при σ=1 сравним [47] минимальные затраты теплот в кубеколонны.(2.45)Из (2.45) следует, что/>1 при.79При заданных концентрациях x1 и x2 можно найти граничное значение,приняв правую и левую части неравенства:(2.46)Зависимостьотпредставлена на рис. 2.21.

Видно, что в областиреальных концентраций 0 <значения< 1 для идеальных смесей не существует ни одного, удовлетворяющего условию/>1 (вне зависимости отразделяемости смеси Р и доли пара ψ). Это значит, что дополнительный подводтеплоты при питании колонны парожидкостной смесью превышает увеличениерасхода теплоты в кубе за счет большого флегмового числапо сравнению с.ψ=0,25ψ=0,5Рис. 2.21. Зависимостьψ=0,75отпо уравнению (2.46)Важной для практики эксплуатации ректификационных колонн задачейявляется нахождение коэффициента избытка флегмы, при котором возможновыполнение условияфлегмы/>1. Граничное значение коэффициента избыткаможно найти из (2.45), принимая его одинаковым для разныхсостояний смеси:80к гр (R пжmin  R min )   гр x2  x0x1  x 0(x 2  x 0 )( x 1  x 0 )( R пжminТаблица 2.3. Значение R кmin(2.47))при ψ=0,25 и различных значениях х0 и х2.х1=0,3xo0,60,70,80,90,950,980,021,3441,4101,4641,5081,5271,5380,051,4281,5101,5761,6311,6551,6690,11,6221,7421,8391,9191,9541,9740,22,5962,9033,1523,3583,4483,499x2Таблица 2.4.

Значениепри ψ=0,25 и различных значениях х0 и х2.х1=0,5xo0,80,90,950,980,021,7101,9632,0921,9900,051,7542,0222,1592,0500,11,8422,1412,2942,1710,22,1052,4982,6992,5320,32,6313,2123,5093,2560,44,2105,3535,9395,427x2Рассчитанные по формуле (2.47) значенияпри разделяемости смесиР=0,1 и различных значениях х1, х2, х0 и ψ представлены в таблицах 2.3-2.11 и нарис.

2.22-2.27.81Рис.2.22. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделенияx 0 и x2Таблица 2.5. Значениепри ψ=0,25 и различных значениях х0 и х2.х1=0,7xo0,90,950,980,022,1292,6823,1290,052,1512,7153,1720,12,1932,7783,2510,22,3032,9423,4580,32,4673,1873,7680,42,7413,5954,2860,53,2904,4125,3200,64,9356,8648,423x282Рис. 2.23. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделенияx 0 и x2Таблица 2.6.

Значениепри ψ=0,5 и различных значениях х0 и х2.х1=0,3xo0,60,70,80,90,950,980,021,3181,3781,4271,4671,4841,4940,051,4001,4761,5371,5871,6091,6210,11,5911,7031,7931,8671,8991,9170,22,5452,8383,0733,2673,3513,398x283Таблица 2.7. Значениепри ψ=0,5 и различных значениях х0 и х2.х1=0,5xo0,80,90,950,980,021,7071,9582,0872,1660,051,7502,0172,1552,2380,11,8382,1362,2892,3820,22,1002,4922,6932,8150,32,6263,2043,5013,6820,44,2015,3405,9256,280x2Рис. 2.24. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделенияx 0 и x 2 , ψ=0,584Таблица 2.8.

Значениепри ψ=0,5 и различных значениях х0 и х2.х1=0,7xo0,90,950,980,022,0902,6113,0250,052,1122,6433,0660,12,1542,7053,1430,22,2622,8643,3430,32,4233,1023,6430,42,6923,5004,1430,53,2314,2955,1430,64,8466,6828,143x2Рис. 2.25. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделенияx 0 и x 2 , ψ=0,585Таблица 2.9.

Значениепри ψ=0,75 и различных значениях х0 и х2.х1=0,3xo0,60,70,80,90,950,980,021,3231,3841,4341,4741,4921,5020,051,4051,4821,5441,5951,6171,6300,11,5971,7101,8011,8761,9091,9280,22,5542,8503,0883,2843,3693,417x2Рис. 2.26. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,3) от составов продуктов разделенияx 0 и x 2 , ψ=0,7586Таблица 2.10. Значениепри ψ=0,75 и различных значениях х0 и х2.х1=0,5xo0,80,90,950,980,021,6251,8331,9372,0000,051,6671,8892,0002,0670,11,7502,0002,1252,2000,22,0002,3332,5002,6000,32,5003,0003,2503,4000,44,0005,0005,5005,800x2Рис. 2.27. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,5) от составов продуктов разделенияx 0 и x 2 , ψ=0,7587Таблица 2.11.

Значениепри ψ=0,75 и различных значениях х0 и х2.х1=0,7xo0,90,950,980,022,1092,6463,0770,052,1312,6793,1190,12,1732,7413,1970,22,2822,9023,4010,32,4453,1443,7060,42,7163,5474,2140,53,2594,3545,2320,64,8896,7728,284x2Рис. 2.28. Диаграмма зависимости  гр (при x1 = 0,7) от составов продуктов разделенияx 0 и x 2 , ψ=0,7588Найденные по (2.47) значения σгр позволяют принять правильное решение оцелесообразности полной конденсации паров в исходной смеси в тех случаях,когда исходная парожидкостная смесь, поступающая на разделение, получена бездополнительных затрат в теплообменнике-подогревателе (например, смесьполучена в химическом реакторе). При больших рабочих флегмовых числах,когда σ>σгр, целесообразна предварительная полная конденсация парожидкостнойсмеси с получением (выигрышем) дополнительной теплоты и последующим ееиспользованием по назначению.

Вариант работы колонны с повышеннымкоэффициентом избытка флегмы (σ>σгр) возможен, когда требуется получатьпродукты разделения высокой чистоты, а число тарелок в колонне ограничено. Изтаблиц 2.3 – 2.11 и рис. 2.22 – 2.28 видно, что при разделяемости бинарной смесиР=0,1(коэффициентотносительнойлетучестикомпонентовα=1,222)иопределенных составах исходной смеси и продуктов разделения граничноезначение σгр может быть меньше 2.89ГЛАВА 3ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВНУТРЕННЕГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯПРИ РЕКТИФИКАЦИИ3.1.

Тепломассообмен на тарелкахТеоретический анализ тепломассообмена на тарелках ректификационныхколонн удобно провести [34, 39, 43] с помощью диаграмм t – x,y и y– x (рис.3.1). Рабочие линии (линии 2) укрепляющей части колонны связывают рабочие(сопряженные) концентрации НКК в жидкости и паре: xn-1 и yn-1, xn и yn, xn+1 и yn+1и т.д. Изменение концентраций на тарелках (теоретических) характеризуетсялиниями со стрелками в диаграмме y – x, а соответствующие им изменениятемператур и фазовые переходы представлены в диаграмме t – x, y. Здесьравновесные составы жидкостей и паров, уходящих с (n-1)-ой, n-ой и (n+1)-ойтарелок, соответственно: xn-1 и yn-2, xn и yn-1, xn+1 и yn.

Насыщенный пар составаyn+1 (т. 0), поступающий с (n+2) тарелки, частично конденсируется (0 → 3) натарелке (n+1) при температуре tn+1 с образованием жидкости состава xn+1 (т. 1) ипара состава yn (т. 4). За счет выделяющейся при этом теплоты жидкость составаxn (т. 5), поступающая с n-ой тарелки, испаряется (5 → 2) с образованием паранового состава yn (т.

4), а равновесная с ним жидкость (теоретическая! тарелка)состава xn+1 (т. 1) покидает (n+1)-ую тарелку. Аналогичные изменения температури составов жидкости и пара происходят на последующих (по ходу пара) тарелках.При одинаковых (или близких) теплотах парообразования r компонентов смесипотоки пара D и жидкости L можно считать постоянными по высоте колонны.Количества сконденсировавшегося пара на (n+1)-ой и n-ой тарелках всоответствии с материальными балансами определяются соотношением отрезков34к1 4и68к 58и составляютD341 4иD68,58соответственно.