Диссертация (1090575), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Уточненные параметры  приведены для каждой смесив таблице 3.2.Рисунок 3.3. Данные по фазовому равновесию жидкость – жидкость в системе бензол – гептан –N-метилпирролидон при температуре 298 K: 1 – экспериментально измеренные составыравновесных фаз [128]; 2 – составы равновесных фаз, полученные расчетным путем (   0.1 );сплошные и пунктирные линии – коноды экспериментальные и расчетные соответственно.92Рисунок 3.4. Данные по фазовому равновесию жидкость – жидкость в системе бензол – гептан –сульфолан при температуре 303 K: 1 – экспериментально измеренные составы равновесных фаз[129]; 2 – составы равновесных фаз, полученные нами расчетным путем (   0.4 ); сплошные ипунктирные линии – коноды экспериментальные и расчетные соответственно.Рисунок 3.5.

Данные по фазовому равновесию жидкость – жидкость в системе бензол – гептан –сульфолан при температуре 383 K: 1 – экспериментально измеренные составы равновесных фаз[130]; 2 – составы равновесных фаз, полученные расчетным путем (   0.4 ); сплошные ипунктирные линии – коноды экспериментальные и расчетные соответственно.93Рисунок 3.6. Расчетные бинодали в системе бензол – гептан – N-метилпирролидон – сульфоланпри массовом соотношении N-метилпирролидон/сульфолан равном 85/15: сплошная линия –бинодаль при T  Tb ; пунктирная – при T  298 K.Таблица 3.2.

Уточненные параметры  для расчетов по уравнению NRTL,безразмерныйпараметрСмесь1–2–3Смесь1–2–4Смесь1–2–3–4Смесь2–3–40.1-0.40.220.1Из таблицы 3.2 видно, что параметр  для смеси бензол – гептан – Nметилпирролидон находится на нижней границе рекомендованного авторами[119] диапазона, в то время как для смеси бензол – гептан – сульфолан значениепараметра  меньше нуля. Это говорит о неприменимости уравнения NRTL дляописания равновесия жидкость – жидкость – пар в этой системе с точки зрениятех физических представлений, которые были заложены авторами [119] привыводе уравнения, и межмолекулярные взаимодействия в этой системе имеютболее сложную природу. Однако, как эмпирическая корреляция уравнение NRTLс параметром   0.4 показало хорошую адекватность, и было принято нами длядальнейшей работы.

Параметр   0.22 для четырехкомпонентной системы бензол– гептан – N-метилпирролидон – сульфолан за неимением данных по равновесию94жидкость – жидкость подбирался из условий наилучшего описания равновесиямежду паром и жидкостью. Параметр   0.1 для системы гептан – Nметилпирролидон – сульфолан за полным отсутствием данных по фазовымравновесиям принимался по нижней границе допустимого авторами [119]диапазона.Корректировка параметра  несколько загрубляет точность расчетовсоставов равновесного пара.

Средняя относительная ошибка в составах паровойфазы для смеси бензол – гептан – N-метилпирролидон составит 6.2%, средняяабсолютная – 2.1%, максимальная абсолютная 4.8%. Средняя относительнаяошибка в составах паровой фазы для смеси бензол – гептан – сульфолан составит8.0%, средняя абсолютная – 3.4%, максимальная абсолютная 5.5%.Построенная модель фазового равновесия в трехфазной системе жидкость –жидкость – пар позволила расчетным путем оценить область расслаивания вчетырехкомпонентной смеси бензол – гептан – N-метилпирролидон – сульфолан иее изменение при повышении температуры до температуры кипения приатмосферномдавлении.Разверткиконцентрационногосимплексачетырехкомпонентной смеси с нанесенными на них областями расслаивания притемпературе 303 К и температуре кипения смеси приведены на рисунках 3.7 и 3.8соответственно.95Рисунок 3.7. Развертка концентрационного тетраэдра для системы бензол – гептан – Nметилпирролидон – сульфолан с нанесенными бинодалями при температуре 303 К.Рисунок 3.8.

Развертка концентрационного тетраэдра для системы бензол – гептан – Nметилпирролидон – сульфолан с нанесенными бинодалями при температуре кипения.96Из-за отсутствия экспериментальных данных по фазовому равновесиюжидкость – жидкость в трехкомпонентной системе гептан – N-метилпирролидон сульфолан оценка адекватности математического описания фазового равновесия вэтой смеси не проводилась. По этой причине расчетные данные для этойтрехкомпонентной системы на рисунках нанесены условно (пунктирные линии).Они требуют экспериментальной проверки и возможно уточнения параметроввзаимодействия NRTL.3.2.

Математическое моделирование кинетики процесса простой иэкстрактивной ректификацииМоделирование кинетики экстрактивной ректификации проводили в двестадии. На первой – была получена взаимосвязь между высотами единицыпереноса в фазах и основными рабочими параметрами процесса простойректификации бинарной смеси бензол – гептан. На второй – были оцененыизменения высот единицы переноса при различных добавках РА и предложенаматематическая модель описания высот единицы переноса в фазах приэкстрактивной ректификации на основе данных по простой ректификации [150].3.2.1. Описание математической моделиСогласно современным представлениям о массопередаче общая высотаединицы переноса является величиной аддитивной и выражается соотношением(3.21), которое при постоянстве mav и G , а также умеренных изменениях hzможно рассматривать как уравнение прямойh0 y  hy mavGhz .L(3.21)На основе этой зависимости возможно графическое разложение общейвысоты единицы переноса и определение усредненной высоты единицы переносав жидкой фазе как углового коэффициента прямой, а высоты единицы переноса впаровой фазе как отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат.На рисунке 3.9 приведены экспериментальные данные по значениям общихвысот единицы переноса в паровой фазе в процессе простой ректификации97бинарной смеси бензол – гептан при G  const и mav  const , согласно которымhy  0.021 м, hzav  0.022 .h0y, м0,100,090,080,070,060,050,040,030,020,010,000,51,01,52,02,53,03,5mavG/LРисунок 3.9.

Графическое разложение общей высоты единицы переноса в процессе простойректификации смеси бензол – гептан на высоты единиц переноса в фазах: точки –экспериментальные данные; линия – линейная аппроксимация методом наименьших квадратов.Для математического описания зависимости высоты единицы переноса отгидродинамическихпараметровпроцессамассоотдачивжидкойфазевоспользуемся теорией подобия, согласно которой искомая зависимость можетбыть представлена в виде критериального уравнения [90]:Shz  A Re Bz  Scz0.5 ,гдеAиB(3.22)–коэффициенты,которыеопределяютобработкойэкспериментальных данных, а Shz , Re z и Sc z – числа Шервуда, Рейнольдса иШмидта в жидкой фазе соответственно, которые вычисляют по соотношениям[90]:Shz H L z,hz aVcz D12z(3.23)98Re z Scz 4 Lуд,(3.24)z. z D12z(3.25)a zВ уравнениях (3.23) – (3.25) H и V – высота и объем насадочного слоясоответственно, L – мольный расход жидкости, a – удельная поверхностьнасадки, c z – мольная плотность жидкой фазы, hz – высота единицы переноса вжидкой фазе,  z – приведенная толщина пленки жидкости, D12z – коэффициентбинарной молекулярной диффузии в жидкой фазе, Lуд – удельный массовыйрасход жидкости,  z и  z – динамическая вязкость и плотность жидкостисоответственно.Плотность жидкости и пара здесь и во всех дальнейших расчетах вычислялипо известным массовым долям каждого компонента  i аддитивно [13]:1(3.26)i  iiВязкость жидкости рассчитывали по выражению [13]: z    zi 3 i  i3(3.27)Для расчета приведенной толщины пленки жидкости использовалисоотношение [90]: z2,z  z2 g3(3.28)где g – ускорение свободного падения.Коэффициенты бинарной диффузии компонентов в жидкой фазе определялипо методу Вильке – Ченга, принимая параметр ассоциации равным единице ивычисляя мольный объем вещества по методу Шредера [118].Для определения коэффициентов A и B прологарифмируем выражение(3.22), преобразуем его к виду уравнения прямой (см.

уравнение (3.29)) и нанесемданные экспериментов 1 – 18 (см. таблицу 2.23) на диаграмму (рисунок 3.10) в99координатах ln Shz Scz 0.5  f ln Re z  . Результаты всех необходимых для этоговычислений приведены в таблице 3.3, где hz вычисляли по уравнению (3.21),используя значения hy , полученные путем графического разложения общейвысоты единицы переноса на высоты единицы переноса в фазах.

Затем,аппроксимируя экспериментальные данные в координатах уравнения (3.29)линейной функцией при помощи метода наименьших квадратов, определяли ln  Aи B . Численные значения коэффициентов A и B приведены в таблице 3.5. Shz   ln  A  B ln Re z ln 0.5 Sc z (3.29)Таблица 3.3. Обработка экспериментальных данных по простой ректификации смесибензол – гептан для определения коэффициентов уравнения (3.22), Sc z  47.9№ опыта(см. таблицу2.23)1235689101112131415161718h0 y , мhy , мhz , мShzRe z0.0920.0550.0410.0900.0420.0830.0590.0700.0590.0660.0600.0390.0410.0420.0400.0410.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0210.0250.0200.0180.0220.0190.0250.0230.0220.0210.0210.0220.0260.0270.0280.0260.0270.01240.02590.04220.01410.03930.01500.02390.01720.02400.01910.02140.03800.03630.04040.04290.04061.2082.0442.9201.1952.9201.4602.1241.5001.9911.6061.8853.8363.8494.3804.3804.247 Shz ln 0 .5 Sc z -6.328-5.587-5.099-6.194-5.172-6.135-5.666-5.999-5.663-5.893-5.779-5.203-5.250-5.143-5.083-5.138ln Re z 0.1890.7151.0720.1781.0720.3780.7530.4050.6890.4740.6341.3441.3481.4771.4771.4461000.5ln(Shz / Scz )-5,0-5,2-5,4-5,6-5,8-6,0-6,2-6,40,00,20,40,60,81,01,21,41,6ln(Rez)Рисунок 3.10.

Обработка экспериментальных данных по простой ректификации смеси бензол –гептан для определения коэффициентов уравнения (3.22): точки – результаты обработкиэкспериментальных данных; линия – аппроксимирующая прямая.Для описания массоотдачи в паровой фазе воспользуемся критериальнымуравнением [91]:h y  C  d э  Re  ScEy0.67y Hp de0.33,(3.30)где C и E – эмпирические коэффициенты, hy – высота единицы переноса впаровой фазе, H p – высота одного пакета насадки, d e – эквивалентный диаметрнасадки, Re y и Sc y – числа Рейнольдса и Шмидта в паровой фазе соответственно,которые определяются выражениями [91]:Re y Sc y wy d e  yFсв  yy y D12y,.(3.31)(3.32)В уравнениях (3.31), (3.32) w y – скорость паров на все сечение колонны, Fсв– доля свободного объема насадки,  y и  y – вязкость и плотность паровой фазысоответственно.Коэффициенты диффузии в бинарной газовой системе, необходимые длярасчетов вычисляли по уравнению [118]:101D12y  1.858  103 T32M m1  M m 2 M m1M m 2 P c2,1212.(3.33)Для определения коэффициентов C и E прологарифмируем выражение(3.30) и преобразуем его к виду уравнения прямой:hyln  ln C   E ln Re y  .0.33 Hsp0.67 d e Sc y  d   e  (3.34)Далее нанесем экспериментальные данные опытов 14 – 25 (см.

Характеристики

Список файлов диссертации