Диссертация (1090575), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

таблицу2.23) на диаграмму в координатах уравнения (3.34), вычисляя h z с помощьювыражений (3.22) и (3.23) с коэффициентами, приведенными в таблице 3.5, hy – спомощьювыражения(3.21).Результатывсехнеобходимыхвычисленийприведены в таблице 3.4 и на рисунке 3.11. Аппроксимируя экспериментальныеданные линейной функцией получим значения коэффициентов C и E уравнения(3.30), которые приведены в таблице 3.5.Таблица 3.4.

Обработка экспериментальных данных по простой ректификации смесибензол – гептан для определения коэффициентов уравнения (3.30), Scy  0.677№ опыта(см. таблицу2.23)h0 y , мhz , мhy , мRe y1415161718192021222324250.0390.0350.0340.0420.0400.0410.0410.0390.0410.0360.0350.0340.0240.0220.0220.0240.0240.0240.0240.0230.0230.0220.0220.0210.0220.0190.0190.0240.0220.0230.0230.0220.0240.0200.0190.019114.960.041.0131.2131.2127.2115.393.081.156.544.130.2hyln Hp0.67  d e Sc y  de1.5771.4351.4021.6351.5791.6041.6231.5501.6391.4571.4371.4260.33   ln Re y 4.744.103.714.884.884.854.754.534.404.033.793.41102Таблица 3.5.

Коэффициенты в уравнениях (3.22) и (3.30)0.67ln(hy / (deScy(Hp / de)КоэффициентДанные[90, 91]A0.00204Данныенастоящейработы0.00176B0.780.90C1.62.33E0.220.160.33))2,01,81,61,41,21,00,80,60,40,20,03,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0ln(Rey)Рисунок 3.11. Обработка экспериментальных данных по простой ректификации смеси бензол –гептан для определения коэффициентов уравнения (3.30): точки – результаты обработкиэкспериментальных данных; линия – аппроксимирующая прямая.Экспериментальные исследования фазового равновесия показали, чторазделяющий агент – N-метилпирролидон практически не испаряется, этопозволяет описывать массоотдачу в паровой фазе в присутствии РА уравнениемдля простой ректификации бинарной смеси (3.30).Для математического описания влияния добавок разделяющего агента наэффективность переноса вещества в жидкой фазе экспериментальные данные,приведенные в таблице 2.24, представим в виде зависимости соотношения высот103единицы переноса в жидкой фазе при простой и экстрактивной ректификации отсоотношения расходов жидкости:hzEDLS Jhz L ДляU.(3.35)нахождениякоэффициентовJиуравнениеU(3.35)прологарифмируем и преобразуем к виду уравнения прямой: h ED LSln  z   ln  J   U ln . L  hz (3.36)Далее, аппроксимируя собственные данные линейными функциями пометодунаименьшихквадратов,получимискомыекоэффициенты.Всенеобходимые для этого вычисления приведены в таблице 3.6 и на рисунке 3.12,где hy и h z вычисляли по уравнениям (3.30) и (3.22) соответственно скоэффициентами из таблицы 3.5, hzED - по уравнению (3.21).Таблица 3.6.

Обработка экспериментальных данных по экстрактивной ректификациисмеси бензол – гептан в присутствии N-метилпирролидона для определениякоэффициентов уравнения (3.35)№ опыта(см. таблицу2.24)123456789,мhy , мh,мhz . мLSL0.0290.0280.0280.0650.0830.1060.0800.0540.0570.0210.0200.0190.0200.0210.0220.0210.0210.0230.0110.0100.0090.0390.0550.0400.0530.0340.0410.0230.0220.0220.0220.0220.0220.0230.0230.0242.6322.4472.0391.6771.5641.5511.4311.3681.282ED0yhEDzLS ln  L 0.9680.8950.7120.5170.4470.4390.3580.3140.248 hzED ln hz-0.734-0.828-0.8250.5740.8890.5960.8340.3820.529104EDln(hz /hz)1,00,50,0-0,5-1,00,00,10,20,30,40,50,60,70,80,9 1,0ln((L+S)/ L)Рисунок 3.12. Зависимость отношения высот единицы переноса в жидкой фазе в процессеэкстрактивной и простой ректификации от соотношения расходов жидкой фазы: точки –экспериментальные данные, линии – аппроксимации.Из рисунка 3.12 видно, что зависимость изменения эффективностимассоотдачи в жидкой фазе при добавлении к бинарной системе разделяющегоагента имеет три характерные области, которые описываются уравнением (3.35) сразличными коэффициентами J и U для каждой области, приведенными втаблице 3.7Таблица 3.7.

Значения коэффициентов уравнения (3.35) для описания массоотдачи вжидкой фазе в процессе экстрактивной ректификацииОбластьLS0  ln 0.45LLS0.45  ln 0.7LLSln 0 .7LJU11.7830.2-5.860.350.293.2.2. Оценка адекватности моделиДляоценкиадекватностиполученногоматематическогоописаниямассоотдачи в паровой и жидкой фазах в процессах простой и экстрактивнойректификации были рассчитаны общие высоты единиц переноса в газовой фазе105для всех проведенных опытов. Сравнение экспериментальных значений общихвысот единиц переноса с расчетными приведено на рисунке 3.13.EDh0yрасч, мh0y расч, м0,120,100,080,060,040,02EDh0y0,000,020,040,060,080,100,12эксп, мh0y эксп, мРисунок 3.13.

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений общих высот единицыпереноса в паровой фазе: круглый маркер – простая ректификация, квадратный – экстрактивнаяНетрудно убедиться, что расчетные и экспериментальные данные находятсяв хорошем соответствии, что позволяет использовать полученные зависимостидля дальнейших расчетов.3.3. Математическое моделирование периодического процесса экстрактивнойректификации в насадочной колоннеДля моделирования процесса периодической экстрактивной ректификациипредставим колонный аппарат в виде набора ступеней и введем обозначениявнутренних и внешних потоков, а также концентраций в жидкости, в паре ипрочих параметров согласно рисунка 3.14.

Учитывая, что в процессахэкстрактивной ректификации жидкая фаза нередко расслаивается, далее впроцессе построения математической модели будем оперировать мольнымибрутто-составами жидкости z .106S1,zs1,jSSi-1,zsi-1,jSG1,y1,jL0,z0,jGi-1,yi-1,jLi-2,z-2,ji-1Hi-1Si,zsi,jSGi,yi,jSGi+1,yi+1,jSn,zsn,jW,zn,jLi,zi,ji+1Hi+1Si+2,zsi+2,jLi-1,z-1,jiHiSi+1,zsi+1,jD, z0,j0H0SGi+2,yi+2,jLi+1,zi+1,jSGn,yn,jLn-1,zn-1,jHnnРисунок 3.14. Схема внутренних и внешних потоков колонного аппарата экстрактивнойректификации.Аппарат включает n  1 ступеней разделения, куб и полный конденсатор.Обозначим номер каждой ступени индексом i , а номер компонента разделяемойсмеси индексом j .

Паровой поток Gi в колонне проиндексирован по номеруступени, с которой он выходит, и имеет мольный состав yi , j . Поток флегмы Liтакже, как и поток пара проиндексирован по номеру ступени, с которой онвыходит. На каждую ступень кроме конденсатора предусмотрена подача внешнихпотоков разделяющего агента S i , которые имеют мольные брутто-составы z Si, j .Общий поток жидкости внутри колонны складывается из потоков флегмы иразделяющего агента L  S  . Брутто-концентрация компонента j в общем потокежидкости, стекающей с i -ой тарелки, обозначена как zi , j . Поток разделяющегоагента обозначен буквой S и складывается из внешних потоков РА, поступающих107i 1на все ступени, расположенные выше i -ой (  S k ).

Из конденсатора отбираетсяk 1поток дистиллята с мольным расходом D и содержанием j -го компонента z 0, j .Остаток с мольным расходом W и содержанием j -го компонента z n, j отбираетсяиз куба.Задержка жидкости, существующая на каждой ступени, обозначена какH  ,i . Задержка пара в колонне пренебрежительно мала по сравнению с задержкойжидкостиив качестве параметровмоделинамине рассматривалась.Придерживаясь введенных обозначений и принимая задержку жидкостипостоянной во времени на всех ступенях кроме куба, запишем уравненияматериальных балансов для всех массообменных ступеней, конденсатора и кубаследующим образом [156]:для i -ой массообменной ступени:dzi , jdtGi 1 yi 1, j  Gi yi , j  Li 1  S zi 1, j  Li  S  S i zi , j  S i z S i , jH  ,i;(3.37)для конденсатора в режиме постоянного флегмового числа:d z0, jdtG1 y1, j  L0  D  z0, jH  ,0;(3.38)для куба в режиме отбора дистиллята:dzn , jdtLn1  S zn1, j  Gn yn, j  Sn zS n, j  W zn, j  S  Sn  D  W zn, j;H t ,0n  S  S n  D  W  t(3.39)для куба в режиме перетока дистиллята в куб:dzn , jdtLn1  S zn1, j  Gn yn, j  S n zS n, j  W zn, j  S  S n  W zn, j  D z0, j.H t ,0n  S  S n  W  t(3.40)i 1В уравнениях (3.37) – (3.40) S   S к .к 1В уравнениях (3.37) – (3.40) расходы внешних и внутренних потоков, атакже задержку и составы внешних потоков будем считать известными, тогдасистема дифференциальных уравнений материальных балансов будет содержать108j  n  1уравнений (3.37), j уравнений (3.38) и j уравнений (3.39) или (3.40), вкоторых фигурирует j  n  1 неизвестных zi , j и j  n неизвестных y i , j .Для того чтобы замкнуть систему уравнений необходимо дополнить ее j  nуравнениями для выражения составов пара, выходящего с каждой ступени.

Задачупо выражению составов пара можно решать двумя путями: равновесным инеравновесным. В настоящей работе проведены вычисления составов пара припомощи обоих методов.3.3.1. Описание равновесной моделиРавновесный подход к определению составов паровой фазы подразумеваетустановление термодинамического равновесия между уходящими со ступенипарами и жидкостью. В этом случае состав паров y i , j может быть вычисленотносительно zi , j при известном давлении в колонне при помощи уравненийфазового равновесия.

Характеристики

Список файлов диссертации