Диссертация (1090575), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Однако в большинствеслучаев предложенная в работе неравновесная модель более точна, чтоподтверждается сопоставлением средних относительных отклонений расчетныхданных от экспериментальных для всех опытов, которые приведены в таблице 3.8Таблица 3.8. Средние относительные отклонения расчетных концентрации бензола вжидкости по высоте колонны от экспериментальных.№ Оп.(из табл.4)98632 zEQ ,% zNEQ ,%12.72.517.319.2239.62.611.59.816117Из данных, приведенных в таблице 3.8 следует, что отношение среднихотклонений по составам жидкости по равновесной и неравновесной моделям(  zav EQ  zav NEQ ) составляет 1.5, и это соотношение будет более значительным сростом доли сопротивления массопередаче в жидкой фазе.Проведенное сопоставление результатов расчетов по двум различныммоделям показало, что при небольших добавках разделяющего агента происходитухудшение массопередачи, и насадка работает менее эффективно (оп 6, 8, 9), чемпри простой ректификации.

Это приводит к тому, что равновесная модель даетзавышенные концентрации бензола по высоте колонны, что при проектированииреального аппарата может привести либо к неудовлетворительному качествуполучаемых на установке продуктов, либо к повышенному энергопотреблениюколонны за счет увеличения рабочего флегмового числа для достижениятребуемого качества.При больших добавках разделяющего агента массопередача в колоннесущественно интенсифицируется, вследствие чего эффективность работы насадкив процессе экстрактивной ректификации увеличивается по сравнению с простой.В этом случае равновесная модель будет давать заниженные значения поконцентрациям бензола по высоте колонны (оп.

2, 3), что при проектированииприведет к созданию ненужного технологического запаса и увеличениюкапитальных затрат.3.3.4. Вычислительный эксперимент по разделению смеси бензол – гептан в присутствииN-метилпирролидона с отбором дистиллята в режиме постоянного флегмового числаДля оценки адекватности математической модели описания процессапериодической экстрактивной ректификации с отбором дистиллята в режимепостоянного флегмового числа были выполнены два расчетных эксперимента (попростой и экстрактивной ректификации), полностью имитирующие натурные,описанные выше в разделе 2.6.8.Расчетные эксперименты проводили по неравновесной модели в колонне,состоящей из трех массообменных ступеней куба и конденсатора. Суммарная118поверхность насадки, находящейся в реальной царге, была равномернораспределена между тремя массообменными ступенями.На рисунке 3.22 приведены изменения концентрационных профилейбензола во времени в процессе простой ректификации бинарной смеси бензол –гептан, полученные расчетным путем, а также экспериментальные данные изтаблицы 2.26z1Куб1 ст2 ст3 стКондКонд0,90,80,70,60,50,40,30,20,10,05001000 1500 2000 2500 3000 3500 4000t, секРисунок 3.22.

Изменение концентраций бензола по высоте колонны во времени в процессепростой ректификации смеси бензол – гептан с отбором дистиллята в режиме постоянногофлегмового числа: линии – результаты вычислительного эксперимента на соответствующихступенях (нумерация снизу колонны); точки – экспериментальные данные из таблицы 2.26 (заначало отсчета на принято время t  3600 сек.)Эффективность насадочного слоя высотой 45 см, согласно проведеннымнамиранееисследованиям,составила10теоретическихступеней,чтосоответствует 2.22 теоретическим ступеням на одну десятисантиметровую царгу.При выполнении расчетных экспериментов вся массообменная поверхность (присохранении диаметра колонны) была распределена на 3 массообменные ступени,из чего следует, что высота насадочного слоя, приходящаяся на каждую из трехмассообменных ступней, будет меньше высоты эквивалентной теоретической119ступени. Таким образом, из определения ВЭТС следует, что концентрацияпаровой фазы, выходящая с каждой ступени должна быть ниже концентрациипара, находящегося в равновесии со стекающей со ступени жидкостью.

Этот фактхорошо иллюстрируется на рисунке 3.23, где нанесена серия рабочих икинетических линий для каждого момента времени из таблицы 2.26, полученныхпутем вычислительного эксперимента для натурного опыта по простойректификации описанного в разделе 2.6.8. Серия рабочих линий связываетрабочие концентрации жидкой и паровой фаз в сечении колонны, в то время каксерия кинетических линий связывает рабочие концентрации паровой и жидкойфаз, уходящих с каждой ступени [158].

Нетрудно убедиться, что все кинетическиелинии на рисунке 3.23 лежат ниже равновесной. Очевидно, что чем большеразличия между кинетической и равновесной линиями, тем большие различиябудутнаблюдатьсямеждурезультатамирасчетовпоравновеснойинеравновесной моделям при одинаковом количестве ступеней. В тоже время, есливысота слоя насадки на каждой массообменной ступени разделения будетсоответствовать ВЭТС, то кинетическая линия процесса в любой момент временибудет совпадать с равновесной, а вместе с этим будут совпадать и результатырасчетов по равновесной и неравновесной моделям.

Рабочие линии на рисунке3.23 в каждый момент времени соответствуют изменениям материального балансав периодическом процессе ректификации с отбором дистиллята в режимепостоянного флегмового числа, о чем свидетельствует одинаковый тангенс угланаклона у всех линий [160].На рисунке 3.24 приведены изменения концентрационных профилейбензола во времени в процессе экстрактивной ректификации бинарной смесибензол – гептан в присутствии N-метилпирролидона, полученные расчетнымпутем, а также экспериментальные данные из таблицы 2.27.120y110,90,80,70,60,50,40,30,20,1000,10,20,30,40,50,60,70,80,91z1Рисунок 3.23. Расчитанные рабочие и кинетические линии простой ректификации смесибензол – гептан с отбором дистиллята в режиме постоянного флегмового числа (см. таблицу2.26): сплошная черная линия – равновесная линия; зеленые линии – рабочие линии; синиелинии – кинетические линии.Z1, мол.д.Куб1 ст.КондКонд1 ст.Куб0,850,800,750,700,650,600,550,500,450,400,350,3040005000600070008000t, секРисунок 3.24.

Изменение концентраций бензола по высоте колонны во времени в процессеэкстрактивной ректификации смеси бензол – гептан в присутствии N-метипирролидона сотбором дистиллята в режиме постоянного флегмового числа: линии – результатывычислительного эксперимента на соответствующих ступенях (нумерация снизу колонны);точки – экспериментальные данные из таблицы 2.27121Изменение концентраций бензола по высоте колонны в процессе ЭР имеетболее сложную зависимость от времени по сравнению с простой ректификацией.Натурный и вычислительный эксперименты по экстрактивной ректификации напервом этапе вели без отбора дистиллята и без подачи РА до достижениястационарного состояния в течение часа. Далее начинали подачу разделяющегоагента.Нарисунке3.24хорошовидно,чтосмоментаподачиN-метилпирролидона в колонне в течение 700 сек.

происходит перестройкаконцентрационныхпрофилей,вызваннаяизменениемкоэффициентаотносительной летучести смеси бензол – гептан. Отбор дистиллята был открыт попрошествии 4200 сек. от начала опыта, что привело к монотонному уменьшениюконцентрации бензола, как в дистилляте, так и на первой ступени (вплоть доt  5880сек.). Концентрация бензола в потоке дистиллята находилась вблизиZ1  0.5и поэтому в кубе она практически не менялась. При t  5880 былувеличен отбор дистиллята, что также привело к перестройке профиляконцентраций в колонне, как за счет снижения флегмового числа, так и за счетувеличения соотношения между потоками разделяющего агента и флегмы. Вколонне произошла инверсия летучестей и линии, характеризующие изменениеконцентрации бензола на первой ступени и в конденсаторе, пересеклись, то естьконцентрация бензола внизу колонны стала больше чем вверху.

Инверсиялетучестей привела к концентрированию бензола в кубе, что отчетливопросматривается на рисунке 3.24. С момента времени t  7000 сек. концентрациябензола в кубе снова начинала возрастать, что объясняется ростом концентрациибензола во всей системе за счет отбора гептана с потоком дистиллята.Из рисунков очевидно, что предложенная в работе неравновесная модельрасчетапериодическогопроцессаэкстрактивнойректификациихорошоописывает экспериментальные данные, как по простой, так и по экстрактивнойректификации, и позволяет рассчитывать концентрации жидкой и паровой фаз влюбой точке колонны в любой момент времени, задавая только состав иколичество исходного сырья и поверхность массообменной насадки.1224.

Обсуждение результатов4.1. Явление инверсии летучестей в системе бензол – гептан в присутствииразделяющего агентаНа основе описанной выше математической модели расчета фазовогоравновесия в системе бензол – гептан – N-метилпирролидон были проведенырасчеты составов равновесной паровой фазы во всем диапазоне концентрацийсмеси бензол – гептан при различных добавках N-метилпирролидона. Посколькуранее экспериментальным и расчетным путем (см.

Характеристики

Список файлов диссертации