Диссертация (1091053), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Это особенно частоимеет место при разделении смесей, имеющих коэффициенты относительнойлетучести близкие к единице. Получить продукты разделения более высокогокачества можно, используя сочетание дистилляции с двумя стадиямикристаллизации. В этом случае стадия дистилляции используется в основномдля перехода через эвтектическую точку. При этом продукты разделенияполучаются с более эффективных стадий кристаллизации.3.1. Возможные варианты схем разделения и их описаниеПрисочетанииоднократнойдистилляциисдвумястадиямифракционной кристаллизации также возможен ряд схем разделения, которыеотличаются различной организацией технологических потоков.На рис. 3.1 показана схема процесса разделения, при проведениикоторого исходная смеси F первоначально подается на стадию дистилляции.При этом она предварительно нагревается в теплообменнике Т2 оттемпературы tF до температуры tF1 потоком кубового остатка W. Частичноохлажденный кубовый остаток W далее подается на стадию кристаллизацииКрВ, где он охлаждается до температуры tФВ.
Пары дистиллята П со стадии Сразделенияпарожидкостнойсмесипроходятпоследовательночерезконденсатор теплового насоса К и теплообменник Т1 и подаются вохлажденном виде на стадию кристаллизации КрА, где они охлаждаются дотемпературы tФА. После разделения суспензий КА+МА и КВ+МВ на стадиях СА и105аtkBtиCПWбП, yП, tПW, xW, tWП+WtkAtИFxFxWBF, xFtFyПТКp2p1p2p1GПИT2Ax, yКtF1ДВТКtM2MΣWMВtBtП1WtAT1tW1КB+MBtФВKA tфАxEПtП2КрАMΣ, tM1КрВMAtфB KBBППСBКBMBMAtФB, xMB tФА, xMAСAКA+MAtФАКAAРис. 3.1. Разделение путем сочетания дистилляции с двумя стадиями кристаллизации с подачей исходной смеси на стадиюдистилляции (вариант 3.1).106СВ получаются целевые продукты в виде кристаллических фаз КА и КВ.Маточники МА и МВ в виде объединенного потока МΣ возвращаются настадию дистилляции.Процесс разделения с одной стадией дистилляции и двумя стадиямикристаллизации так же можно проводить с подачей исходной смеси F наодну из стадий кристаллизации. На рис.
3.2 показан вариант 3.2 с подачейпотока F на стадию кристаллизации КрА, где она охлаждается дотемпературы tФА. Образующаяся в результате этого кристаллическаясуспензия КА+МА разделяется на стадии сепарации СА на кристаллы КА иматочник МА. Кристаллы КА, обогащенные компонентом А, отбираются вкачестве первого целевого продукта. Маточник МА объединяется сматочником МВ со стадии кристаллизации КрВ и в виде объединенного потокаМΣ направляется на стадию дистилляции И. На данной стадии объединенныйматочник МΣ нагревается до температуры испарения tИ, в результате чегообразуется парожидкостная смесь П+W, разделяемая на стадии сепарации Сна дистиллят П с концентрацией yП и кубовый остаток W с концентрацией xW.Кубовый остаток W подается в теплообменник Т2, где он охлаждается дотемпературы tW1, нагревая объединенный маточник МΣ от температуры tМ2 дотемпературы tМ3.
Затем поток W поступает на стадию кристаллизации КрВ, гдев результате его охлаждения до температуры tФВ образуется кристаллическаясуспензия КВ+МВ. После ее разделения получают кристаллическую фазу КВ иматочник МВ. Кристаллическая фаза КВ, обогащенная компонентов В,отбирается в качестве второго целевого продукта, а маточник МВ вместе сматочником МА со стадии кристаллизации КрА в виде объединенногоматочника МΣ отправляется на стадию дистилляции.Пары дистиллята П направляются в конденсатор К, где конденсируясьони испаряют поток вторичного теплоносителя GП. После конденсатора парытеплоносителя GП сжимаются компрессором теплового насоса ТК отдавления p1 до давления p2 и подаются в испаритель И. Там ониконденсируются, нагревая при этом поступающий туда поток маточника107П, yП, tПW, xW, tWаtkBП+WПWtиТКtИtkAИp2p1p2p1GПДВxWAx, yMΣWBFПtM2tAT1П, xП, tП2KA tфАxEПtП1W, xW, tW1MAtфB KBТКT2xFMВКtM3yПBtBбCКрBКB+MBСBtФBAMΣ, tM1MBMAtФB, xMB tФА, xMAКB, xKBКрАСAКА+MАtФАF, xFtFКА, xKАРис.
3.2. Разделение путем сочетания дистилляции с двумя стадиями кристаллизации с подачей исходной смеси на стадиюкристаллизации КрА (вариант 3.2).108П, yП, tПW, xW, tWаtkBП+WПWtиТКtИtkAИp2p1p2p1GПДВxWAx, yFMΣWТКT2ПtП1W, xW, tW1ПtM2tAxFT1MВtBКtM3yПBП, xП, tП2MAtфB KBKA tфАF, xFtFBбCxEКрBКB+MBСBtФBAКB, xKBMΣ, tM1MBMAtФB, xMB tФА, xMAКрАСAКА+MАtФАКА, xKАРис. 3.3. Разделение путем сочетания дистилляции с двумя стадиями кристаллизации с подачей исходной смеси на стадиюкристаллизации КрВ (вариант 3.3).109МΣ до температуры испарения tИ, после чего конденсат вторичноготеплоносителя GП дросселируется до давления p1 и вновь поступает наиспарение в конденсатор К.
Конденсат дистиллята П после конденсатораподается в теплообменник Т1, где он охлаждается до температуры tП2, приэтом нагревая поток объединенного маточника МΣ от температуры tМ1 дотемпературы tМ2. Дале поток П вместе с потоком исходной смеси F поступаетв кристаллизатор КрА.3.2. Расчетные зависимости для рассматриваемых вариантов разделенияНиже будут представлены расчетные зависимости, которые былиполучены нами на основе материальных и тепловых балансов всего процессаи отдельных стадий разделения рассматриваемых вариантов. Для упрощенияанализа было принято, что при проведении рассматриваемых процессов настадиях дистилляции и кристаллизации и достигается полное равновесие фаз,а на стадиях сепарации С, СА и СВ происходит полное разделение получаемыхгетерогенных смесей.Вариант 3.1Как уже отмечалось выше, в данном варианте разделения, приведенномна рис.
3.1, используются две стадии кристаллизации, а исходная смесьпервоначально подается на стадию дистилляции.Уравнения материального баланса для всего процесса разделениябудут иметь вид:F = КА + КВ;(3.1)FхF = КАxКА + КВxКВ.(3.2)При совместном рассмотрении уравнений (3.1) и (3.2) получаютсяследующие зависимости для расчета выхода продуктов разделения:А = −КВ;(3.3)КВ = F – КА.(3.4)КА −КВПри рассмотрении стадий кристаллизации КрА и КрВ данного вариантаполучаются зависимости:110 = АКА −МА = ВП −МА;МВ −КВМВ −(3.5).(3.6)Для расчета выхода маточника МА на стадии кристаллизации КрАможно использовать зависимость (2.52), а для определения выходаматочника МВ на стадии кристаллизации КрВ – зависимость (2.29).Уравнения материального баланса стадии дистилляции в данномварианте процесса разделения имеют вид:F + МΣ = П + W;(3.7)FхF + МΣxМΣ = ПyП + WхW,(3.8)где МΣ = МА + МВ – поток объединенного маточника.Состав объединенного маточника xМΣ можно рассчитать по формуле наоснове баланса смешения маточников МА и МВМ =А МА +В МВА +В;(3.9)При совместном рассмотрении уравнений (3.7) и (3.8) получаютсяследующие зависимости для определения выхода дистиллята и кубовогоостатка:=( − )+ (М − )П −;W = F + МΣ – П.(3.10)(3.11)Количество тепла QКА и QКВ, отводимого на стадиях кристаллизации КрАи КрВ, можно определить, используя зависимости (2.32) и (2.53).Из уравнения теплового баланса стадии дистилляции получаетсяследующая зависимость для расчета количества подводимого теплаQИ = ПhП + WсWtИ – FсF1tF1 – МΣcМΣtМ2,(3.12)где cМΣ – теплоемкость объединенного маточника.Величина cМΣ зависит от состава объединенного маточника xМΣ и можетбыть найдена по правилу аддитивностиcМΣ = cАxМΣ + cВ(1 – xМΣ),где cА и cВ – теплоемкости компонентов А и В в жидком виде.111(3.13)Температуру tF1 можно рассчитать, используя зависимость (2.34).Температуру tМ1 можно установить из уравнения смешения потоков МА и МВМ1 =А МА ФА+В МВ ФВ(А +В )М;(3.14)Температуру подогретого маточника tМ2 можно установить из тепловогобаланса теплообменника Т1М2 = М1 +П (П1 −П2 ) М;(3.15)Варианта 3.2При использовании данного варианта, схема которого приведена нарис.
3.2, исходная смесь F подается на стадию кристаллизации компонента А.Для расчета выхода продуктов разделения КА и КВ, как и в варианте 3.1,можно использовать уравнения (3.3) и (3.4). Выход маточников на стадияхкристаллизации КрА и КрВ можно определить, используя зависимости (2.29) и(2.41). При решении уравнения материального баланса стадии дистилляцииполучаются зависимости для расчета выхода дистиллята П и кубовогоостатка W: = М −П −;(3.16)W = МΣ – П.(3.17)Для расчета количества тепла, отводимого на стадиях кристаллизацииКрА и КрВ можно использовать зависимости (2.32) и (2.47). Количество теплаQИ, подводимое на стадию дистилляции, для данного варианта разделениясоставляетQИ = ПhП + WсWtИ – МΣcМΣtМ3.(3.18)Для расчета температур объединенного маточника tМ1 и tМ2 послеобъединения маточников и после теплообменника Т1 можно использоватьзависимости (3.14) и (3.15), а температуру tМ3 можно определить из тепловогобаланса теплообменника Т2М3 = М2 + ( −1 )112 М;(3.19)Вариант 3.3В данном варианте (рис.
3.3) исходная смесь F подается на стадиюкристаллизации компонента В. Для расчета потоков КА и КВ так же, как и ввариантах 3.1 и 3.2, можно использовать зависимости (3.3) и (3.4). Выходматочников на стадиях кристаллизации КрА и КрВ можно определить,используя зависимости (2.7) и (2.52). Для расчета выхода дистиллята П икубового остатка W аналогично варианту 3.2 можно использоватьзависимости (3.16) и (3.17). При расчете количества тепла QКА и QКВ,отводимого на стадиях кристаллизаций, можно соответственно использоватьзависимости (2.13) и (2.53), а при расчете количества тепла QИ, подводимогона стадию дистилляции, зависимости (3.18).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
