Материал: Тепломассообменное оборудование предприятий. лабораторный практикум. Портнов В.В., Майоров В.В

Существуют два крайних значения R :

1. В случае R = RMIN движущая сила процесса равна

нулю. При этом для работы колонны требуется бесконечно большая площадь контакта пара и жидкости, т.е. бесконечно большое количество тарелок в колонне. Поскольку при прочих равных условиях расход греющего пара для работы колонны пропорционален флегмовому числу то его расход в данном случае будет минимальным. Так же минимальными будут расходы охлаждающего теплоносителя в дефлегматоре

иконденсаторе дистиллята.

2.Теоретически максимальное значение R ничем не ограничено. В случае R =∞коэффициент B в уравнении (3.1) будет равен нулю, рабочие линии колонны не будут иметь из-

лома в точке XF , а сами линии совпадут с диагональю. Число

тарелок в этом случае будет минимальным. На практике такое возможно, когда колонна работает без отбора дистиллята, т.е. сама на себя. Расход греющего пара, а вместе с ним расходы теплоносителей в дефлегматоре и конденсаторе, будут максимальными.

При определении количества тарелок РУ приведенными выше методами можно проследить зависимость числа тарелок (а следовательно, высоты колонны) от величины флегмового числа R . Согласно результатам этих методов число тарелок с увеличением уменьшается. Но увеличение R ведет к росту расхода теплоты (греющего пара) на проведение процесса ректификации. Поэтому вопрос выбора оптимального флегмового числа правильно решать с точки зрения техникоэкономических расчетов.

Эксплуатационные затраты возрастают пропорционально величине R , поскольку они в основном определяются расходом теплоты на проведение процесса. Капитальные вложения с увеличением R снижаются до некоторого определенного значения, после чего наблюдается их небольшой рост. Это объясняется тем, что с увеличением флегмового числа увеличивается плотность орошения колонны, а это часто при-

60

водит к снижению допустимой скорости пара в колонне и, следовательно, к росту ее диаметра.

Последнее влечет за собой увеличение объема колонны и, соответственно, увеличение капитальных вложений. Таким образом, зависимость, отражающая суммарные затраты на проведение ректификации, должна иметь минимум, который можно поставить в соответствие оптимальному значению флегмового числа.

Метод числа единиц переноса (метод А. Н. Плановского)

В качестве первого приближения при поиске оптимального режима разделения в колонне можно использовать простой и достаточно точный способ, предложенный А.Н. Плановским. Метод основан на наличии пропорциональности между высотой колонны и числом единиц переноса n0Y , с од-

ной стороны, и между поперечным сечение колонны и расходом пара, определяемым как R +1, с другой стороны. Оптимальное флегмовое число можно определить, построив график функции

Этот график будет иметь минимум, соответствующий оптимальному флегмовому числу (рис. 7).

Для количественного описания интенсивности процессов массопереноса используется понятие число единиц переноса, которое характеризует изменение рабочей концентрации фазы, приходящееся на единицу движущей силы. Одну единицу переноса можно рассматривать как участок аппарата, для которого изменение концентрации одной из фаз равно средней движущейсиле на этом участке.

61

Общее число единиц переноса n0Y и можно выразить в

функции от числа единиц переноса в фазах, между которыми происходит массопередача.

Рис. 7. Оптимальное флегмовое число по методу А.Н. Плановского

Число единиц переноса обратно пропорционально средней движущей силе процесса массопередачи.

Число единиц переноса широко используют для расчета рабочей высоты массообменных аппаратов, особенно в тех случаях, когда поверхность контакта фаз трудно определить.

Выражение (3.7) применимо не только для ректификации, но и для других процессов эквимолекулярного двустороннего переноса, например, абсорбции, экстракции и других процессов массопередачи, в том случае, когда рабочую линию можно считать практически прямой. Если рабочая линия является кривой, то выражения средней движущей силы и числа единиц переноса усложняются.

62

Чтобы найти приближенное значение числа единиц переноса графическим интегрированием (на примере ректификации), выполняют следующие процедуры.

1.В координатах Y−X строят линии: равновесную и рабочую (рис. 8) при заданном рабочем R.

2.Диапазон изменения рабочих концентраций, например, делят произвольно на несколько частей. Чем больше час-

тей, тем точнее будет найдена величина nOY .

Рис. 8. Определение движущей силы процесса

3. Для каждого значения рабочей концентрации Y(Y,Y1 2,...,Yn ) определяют соответствующее значение равно-

63

64