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

Текст из файла (страница 4)

Рис.3.

Обозначения параметров процесса:

• G_f, G_фл, G_д, G _к - расходы питания, флегмы, дистиллята, куба;

• x_f, x_д, x_к - молярные составы соответствующих потоков;

• R=G_фл/G_д - флегмовое число.

Расчет рабочего флегмового числа.

,

где x_f - заданный состав жидкой фазы потока питания;

y_f - соответствующий ему равновесный состав паровой фазы потока питания.

Рабочее флегмовое число находят из соотношений:

R=1,3*R_min+0,3

или

R=σ* R_min,

где σ=1,2-2,5 - коэффициент избытка флегмы.

Уравнение рабочей линии верхней (укрепляющей) части колонны.

(1),

где y, x - составы паровой и жидкой фаз верха колонны, молярные доли; x_д - состав дистиллята.

Обозначим: .

Уравнение рабочей линии нижней (исчерпывающей) части колонны.

(2),

где .

Обозначим: ;

Построение рабочих линий процесса ректификации.

Рис.4.

• 1 - Равновесная линия процесса ректификации;

• 2 - Линия равных концентраций паровой и жидкой фаз компонента А в колонне.

• Составы паровой и жидкой фаз в верхней и нижней частях колонны равны, т.е соответствуют линии 2.

• По x_д находят точку С.

• По x_к находят точку А.

• По x_f проводят вертикаль.

• По оси y откладывают величину из соотношения (1) и получают точку D.

• Получают точку М на пересечении СD с вертикалью от x_f.

• Получают СМ - рабочую линию верха колонны.

• Проводят МА - рабочую линию низа колонны.

Диаграмма «Рабочая линия-линия равновесия»

процесса ректификации.

Рис.7.

• 1 – равновесная линия процесса бинарной ректификации;

• 2 – Линия равных концентраций в паровой и жидкой фазах

• Линия СМ – рабочая линия верха колонны с параметрами: ;

• Линия МА – рабочая линия низа колонны с параметрами:

; ; .

Анализ диаграммы «Рабочая линия - линия равновесия».

• По диаграмме определяют следующие параметры:

• Число ступеней разделения, число теоретических тарелок n_т и число реальных тарелок , где η - к.п.д. тарелки.

• Движущую силу процесса в любых точках колонны:

, , что соответствует направлению массопередачи , и .

• Движущие силы зависят:

• от режимных параметров процесса, определяющих положение равновесной кривой (Р и θ);

• от x_f , x_д, x_к - определяющих положение рабочей линии процесса;

• от R=G_фл/G_д и , т.е. от G_фл, G_д, G_f;

• от тепловых параметров G_f.

• Требуемую движущую силу процесса ректификации можно обеспечить:

• стабилизацией режимных параметров Р или θ;

• стабилизацией параметров потока питания G_f и θ _f;

• стабилизацией или изменением флегмового числа R=G _фл /G_д .

Объект управления

Схема ректификационной установки.

1. - ректификационная колонна; 2 - подогреватель потока питания;

1. - кипятильник; 4 - конденсатор (дефлегматор); 5 - флегмовая емкость.

Рис. 8.

Описание установки.

Объект управления - ректификационная установка для выделения из исходной жидкой смеси целевого компонента в составе дистиллята.

Процесс массопередачи происходит на тарелках укрепляющей (верхней) и исчерпывающей (нижней) частей колонны в результате взаимодействия жидкой и паровой фаз, движущихся в колонне противотоком.

Движущая сила - разность между равновесной и рабочей концентрациями целевого компонента в жидкой или паровой фазе: и соответственно.

Работа установки.

Исходная смесь G_п (G_xf) нагревается в подогревателе потока питания 2 до температуры кипения θ_п⁰ и подается в колонну 1 на тарелку питания (i=f).

Исходная смесь стекает по тарелкам нижней части колонны в виде жидкостного потока G_x в куб колонны, участвуя в массообменном процессе с паровым потоком G_y.

Из куба колонны выводится кубовый продукт G_куб. Часть кубового продукта подается в кипятильник 3, где испаряется с образованием парового потока G_y0 , который подается в низ колонны.

Паровой поток поднимается вверх колонны, контактируя с жидким потоком и обогащаясь целевым компонентом.

Обогащенный целевым компонентом паровой поток G_yn выводится из верха колонны и подается в дефлегматор 4, где конденсируется.

Конденсат собирается во флегмовой емкости 5. Из сборника флегмы отбирается два потока:

• поток дистиллята G_д - целевой продукт;

• поток флегмы G_фл - жидкая фаза, используемая для орошения верха колонны.

Показатель эффективности процесса с_д - концентрация дистиллята.

Цель управления процессом - обеспечение с_д.=с_д^зд_.

6. Материалы к лекции №14

Автоматизация процесса ректификации (ч.2).

Структурная схема ректификационной установки.

Рис.1.

Математическое описание низа колонны

Структурная схема куба и кипятильника.

Рис.2.

Тепловой баланс низа колонны ( _н =  ₀ ).

• Уравнение динамики:

(5).

• Уравнение статики:

G_гр r_гр + G_х1 C_рх1_х1 = G_y0 r_k + G_kC_pk_н (6).

• На основании (5) и (6) можно считать:

_н = f (G_гр, G_к ).

• Предпочтительное управляющее воздействие G_гр .

Материальный баланс по всему веществу.

• Уравнение динамики :

(1).

• Уравнение статики :

G _x1 = G _k + G _y0 (2),

где ρ _k - плотность кубовой жидкости , кг/м³;

S _k - сечение куба колонны, м² ;

h _k - уровень кубовой жидкости, м;

G _x1 , G _k , G _y0 - массовые расходы потоков в кубе колонны.

• На основании (1) и (2) можно считать:

h _k = f(G _k ,G _y0 ).

• Предпочтительное управляющее воздействие G_k .

Материальный баланс по легколетучему компоненту.

• Уравнение динамики:

(3).

• Уравнение статики:

G _x1 C _x1 = G _k C _к + G _y0 C _y0 (4)

• Основные допущения:

• Кипятильник с полным испарением, т.е. C _y0=C _x0;

• Тепловой баланс кипятильника:

• Обозначения:

М₀ - масса жидкости в нижней части колонны, кг;

r _гр - удельная теплота конденсации пара, дж/кг;

r _k - удельная теплота испарения кубовой жидкости, дж/кг.

• На основании (3) и (4) можно записать:

.

• Предпочтительное управляющее воздействие G_гр .

Информационная схема низа колонны.

Рис.3.

Информационная схема низа колонны

как многосвязного объекта по h_k, или h_k, C_k .

Рис.4

Математическое описание верха колонны.

Структурная схема дефлегматора с флегмовой емкостью.

Рис.5.

Материальный баланс по всему веществу.

• Уравнение динамики:

(7)

где _фл - плотность флегмы , кг/м³ ;

S_фл - сечение флегмовой емкости , м² ;

h_фл - уровень флегмы , м;

G_yn, G_фл, G_дист - массовые расходы, кг/с.

• Уравнение статики:

G_yn = G_фл + G_дист (8).

• На основании (7) и (8) можно считать:

h_фл=f(G_yn, G_фл, G_д )

• Предпочтительное управляющее воздействие G_дист .

Материальный баланс по целевому компоненту.

• Уравнение динамики:

(9).

• Уравнение статики:

G_yn C_yn = G_дист C_{x n+1} + G_фл C_{x n+1} (10).

• На основании (9) и (10) можно считать:

C_дист=f(G_yn, G_фл, G_д )

• Предпочтительное управляющее воздействие G_фл .

Тепловой баланс верха колонны ( _в = _н ).

Структурная схема n–ой тарелки

Рис.6.

• Уравнение динамики:

(11).

• Уравнение статики:

G_yn-1*C_pyn-1 *_yn-1 + G_фл*C_рфл *_фл =

G_yn *C_pyn *_в + G_xn *C_pxn *_в (12).

• Обозначения:

• М_xn - масса паровой фазы наверху колонны;

• C_pyn, C_py,n-1, C_рфл, C_pxn - удельные теплоемкости паровой и жидкой фазы на n-ой тарелке;

• G_yn-1, G_yn, G_xn - расходы паровой и жидкой фазы на n-ой тарелке.

• На основании (11) и (12) можно считать:

• Предпочтительное управляющее воздействие G_фл .

Баланс по паровой фазе.

Структурная схема конденсатора без флегмовой емкости.

Рис.7

• Уравнение динамики:

(13).

• Уравнение статики:

(14).

• Особенности:

• Решение уравнения динамики для p_в дает выражение для интегрального звена.

• Если учесть выражение G_yn = f (p_в ), то звено получается апериодическим 1 порядка.

• G_yк = f (G_хл ), можно получить на основании теплового баланса конденсатора:

. (15).

• На основании (13), (14) и (15) можно принять:P_в =f(G_хл).

Информационная схема верха колонны.

Рис.8.

Информационная схема верха колонны как многосвязного объекта по _в и p_в

Рис.9а.

Информационная схема верха колонны как многосвязного объекта по hфл и _в

Рис.9б.

Информационная схема колонны как многосвязного объекта по в и н.

Рис.9в.

Математическое описание подогревателя потока питания.

Тепловой баланс

• Уравнение динамики.

(16).

• Уравнение статики.

G_т C_рт _т^вх - G_т C_рт _т^вых = G_п C_pп _n⁰ - G_п C_pп _n , (17)

• Обозначения:

• _т ^вх ,_т ^вых , _n ⁰ ,_n – температуры потоков теплоносителя и питания на входе и выходе из теплообменника;

• V_n - объем потока питания в трубах теплообменника;

• C_pп, С_рт - удельные теплоемкости потоков питания и теплоносителя;

• G_т, G_п - массовые расходы теплоносителя и питания, кг/ч.

• На основании (16) и (17) можно считать:

.

• Предпочтительное управляющее воздействие G_т.

Информационная схема подогревателя потока питания

Характеристики

Список файлов реферата