Диссертация (1090575), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

При скоростях паровой фазы вышеминимальных добавки РА существенно понижают эффективность процессамассопередачи. При постоянном расходе РА ВЭТС также имеет тенденцию кповышению при увеличении скорости пара в колонне. Авторы связывают это стем, что рост турбулизации потоков, а также смоченной поверхности насадки принагружении колонны оказывают меньшее влияние на процесс массопередачи посравнению с уменьшающимся временем контакта фаз. Для расчета ВЭТС воптимальных условиях при минимальной скорости паров предложено уравнение:31ВЭТС  11mavGL.(1.14)При изучении массопередачи в процессе ЭР смеси четыреххлористыйуглерод – бензол с использованием хлорбензола в качестве РА в насадочнойколонне, оборудованной кольцами Рашига, авторы [111] обнаружили, чтозависимость общей высоты единицы переноса выраженной в терминах паровойфазы от расхода жидкой фазы в колонне (без учета РА) при полном орошенииимеет экстремальный характер. В области малых расходов высота единицыпереноса возрастает, что свидетельствует об ухудшении массопередачи, в областирасходов, превышающих Gуд Gуд.

 0.57 (точка экстремума) высота единицыпереносаначинаетснижаться.Авторыобобщиливсеполученныеэкспериментальные данные двумя уравнениями для каждой области:h0 y  434.9 Re 0z.03  z Scz0.5при Gуд Gуд.  0.57 ,(1.15)h0 y  703.6 Re z 0.245  z Scz0.5при Gуд Gуд.  0.57 .(1.16)В работе [112] отмечается ухудшение эффективности массопередачи придобавлении к системе гептан – толуол разделяющего агента (фенола).Экспериментальным путем авторы определили КПД ситчатых тарелок вотсутствие РА, который составил 60 – 70% в зависимости от парожидкостныхнагрузок, после чего проделали ту же процедуру для процесса экстрактивнойректификации. КПД в присутствии фенола в зависимости от парожидкостныхнагрузок при этом составил 40 – 50%.

Снижение эффективности массопередачиавторы связывают с возрастанием вязкости жидкой фазы при добавлении РА.Массообмен в процессе экстрактивной ректификации на ситчатых тарелкахтакже изучали авторы [113]. Исследования проводили на смеси этанол – вода сразличными несмешивающимися разделяющими агентами (толуол, хлорбензол).При добавлении РА авторы отметили снижение эффективности массопереноса,однако с повышением парожидкостных нагрузок в колонне коэффициентымассоотдачиректификацииувеличиваются,бинарнойприближаясьсмесиэтанол–кзначениямприпростойвода. Существенноговлияния32расслаивания в жидкой фазе на эффективность массопередачи обнаружено небыло.В работе [114] исследована кинетика экстрактивной ректификации всистеме ацетон – метанол на клапанных и колпачковых тарелках.

В качестве РАиспользовали воду (летучий РА) и 1,2-пропиленгликоль (нелетучий РА). Опытыпоказали, что в присутствии 1,2-пропиленгликоля эффективность массопередачиснижается в то время как в присутствии воды никакого влияния РА наэффективность массообмена не наблюдается. Такое влияние 1,2-пропиленгликоляна кинетику процесса авторы объяснили тем, что нелетучий РА, распределяясьравномерно в жидкости, снижает «эффективную» поверхность контакта фаз, таккак при контакте с паровой фазой он инертен с точки зрения фазового перехода.Таким образом кинетику процесса ЭР можно рассматривать при помощиуравнений для простой ректификации, принимая во внимание снижениемежфазной поверхности:N 0EDyN0yfe.f(1.17)Авторами [114] предложена модель расчета массопередачи на основе ихдопущения, которая позволяет получать значения параметров эффективностипроцесса, хорошо согласующиеся с данными экспериментов.Авторы [115] экспериментально исследовали процесс ректификации всистемах с расслаивающейся жидкой фазой.

За основу при описании массоотдачив фазах авторы взяли наиболее распространенные корреляции [87, 89] (см.таблицу 1.2) и провели уточнение их параметров, находящихся в степенныхпоказателях.Сводкауточненныхпараметровприведенавтаблице1.3.Предложенные в [115] уравнения рекомендованы для расчетов массоотдачи впроцессах ректификации с двумя жидкими фазами, в том числе экстрактивной игетероазеотропной ректификации.33Таблица 1.3. Параметры для расчета коэффициентов массоотдачи в насадочных колоннахопубликованные в [115]Параметры уравнения показатели степени при:Число фаз2 фазы[87]3 фазы[115]2 фазы[89]3 фазы[115]Re ySc yDmzwezav0.80.330.5-0.7690.2410.468-0.750.330.50.50.7580.3330.460.485В работе [116] выполнен расчетный эксперимент по разделению С4-фракцииметодом экстрактивной ректификации. Авторы использовали подход СтефанаМаксвелладляпостроениянеравновесноймодели.Проведясериювычислительных экспериментов, авторы при помощи расчетных данных поконцентрациям паров оценили эффективности по Мерфри для всех компонентовмногокомпонентной смеси.

Результаты показали следующее: эффективности (поМерфри) компонентов существенно отличаются как друг от друга, так и оттарелкиктарелке;болеетогон-бутандемонстрируетотрицательнуюэффективность – то есть переносится против движущей силы (явлениереверсивной диффузии). Анализ изменений эффективностей по Мерфри показалих связь с изменениями бинарных коэффициентов диффузии в паровой фазе.1.4.

Фазовое равновесие в гетерогенных системах1.4.1. Системы жидкость – парСогласно [117, 118] составы равновесных паровой и жидких фаз связанымежду собой законом Рауля:Pyi  Pi 0 zi i .(1.18)В уравнении (1.18) коэффициент активности  i представляет собой сложнуюфункцию температуры и состава жидкости, а также физических свойствкомпонентов смеси. В современной практике коэффициенты активностирассчитывают при помощи эмпирических или полуэмпирических корреляцийтаких как уравнения Маргулеса, Ван-Лаара, Вильсона, SRK, NRTL и прочих [117,34119].

Каждая из перечисленных моделей включает в себя параметры, которыеопределяют путем обработки массивов экспериментальных данных. Работ поэкспериментальномуизучениюфазовогоравновесияжидкость–парсдальнейшей регрессией данных и определением параметров математическоймодели описания данных в литературе множество. В рамках настоящего обзораограничимся лишь теми работами, которые непосредственно были использованыв настоящей работе.Равновесие жидкость – пар в бинарных системах, состоящих изуглеводорода бензиновой фракции и разделяющего агента (N-метилпирролидон,N,N-диметилформамид), экспериментально изучено в работах [120, 121]. Порезультатам экспериментов авторы определили параметры уравнений Ван-Лаара,Вильсона, NRTL и UNIQUAC.Аналогичная работа проделана авторами [122], которые предложилипараметры уравнений Вильсона и NRTL для описания фазового равновесияжидкость – пар в трехкомпонентной системе бензол – гептан – Nметилпирролидон.1.4.2.

Системы жидкость – жидкость – парЗадача по нахождению составов равновесных фаз в многофазных системахрешается двумя способами [117]:1. Минимизация свободной энергии Гиббса, выраженной как функциятемпературы, давления и мольных составов фаз;2. Решение системы уравнений материальных балансов и фазовыхравновесий.Первый способ решения задачи, рассмотренный в работах [123 – 126],основывается на анализе зависимости энергии Гиббса от состава смеси припостоянных температуре и давлении. Согласно термодинамическим критериямстабильности наличие локальных или глобального максимумов энергии Гиббсасвидетельствует о существовании такого диапазона концентраций смеси, вкотором система термодинамически нестабильна. Нестабильное состояние неможет существовать и приводит к расслаиванию жидкости на две равновесные35фазы.

Составы фаз определяются положением общей касательной, соединяющейдве (и более) точки на кривой зависимости энергии Гиббса от состава. В работе[123] рассмотрены основы метода, а также численные методы оценкистабильности, основанной на критерии касательной плоскости Гиббса (Gibbstangent plane criterion). В работе [124] рассмотрен алгоритм расчета равновесия вмногокомпонентных системах, в основу которого положен метод [123].Авторы [125, 126] предложили более простой вариант расчёта фазовогоравновесия в многофазных системах. В отличии от метода [123, 124] авторырассматривали задачу минимизации энергии Гиббса последовательно, постепенноувеличивая число жидких фаз, до тех пор, пока не был определен глобальныйминимум. Для этого касательные плоскости Гиббса рассматривали только длябинарных пар смеси, далее определяли все пары с ограниченной растворимостью,из которых отбирали доминантные.

Характеристики

Список файлов диссертации