CC BY
33
Успехи в х&мии и химической технологии. ТОМ XXXI. 2017. № 5
УДК 66 - 93
Шумакова А.Д., Моргунова Е.П., Гартман Т.Н., Дмитриев Е.А.
ВЛИЯНИЕ БРЫЗГОУНОСА НА РАБОТУ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ КОЛОНН С СИТЧАТЫМИ ТАРЕЛКАМИ
Шумакова Анастасия Дмитриевна*, студентка кафедры информатики и компьютерного проектирования, e-mail: [email protected]
Моргунова Елена Павловна, профессор, к.т.н., декан факультета инженерной химии
Гартман Томаш Николаевич, профессор, д.т.н., заведующий кафедрой информатики и компьютерного проектирования
Дмитриев Евгений Александрович, профессор, д.т.н., заведующий кафедрой процессов и аппаратов химической технологии
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл. д. 9
В работе проведен расчет числа ситчатых тарелок ректификационной колонны с помощью программы, разработанной на кафедре процессов и аппаратов Российского химико-технологического университета имени Дмитрия Ивановича Менделеева при различных значениях брызгоуноса. Оценено влияние брызгоуноса на эффективность работы колонны.
Ключевые слова: ректификация, ситчатые тарелки, эффективность ступени по Мэрфри, обратное перемешивание, брызгоунос.
INFLUENCE OF THE SPARGER ON THE WORK OF RECTIFICATION COLUMN WITH SIEVE TRAYS
Shumakova A. D.*, Morgunova E. P., Gartman T. N., Dmitriev E. A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this work we have the calculation of the number of sieve plates distillation column that was done by using the program developed by the Department of processes and apparatus MUCTR at various values of brythons. Established the effect of brythonic on the efficiency of the column.
Keywords: rectification, sieve plates, efficiency of the stage on Merfri, reverse interfusion, brythonic.
В работе была проведена оценка влияния брызгоуноса жидкости на высоту тарельчатой ректификационной колонны с ситчатыми тарелками. Оценка проводилась на примере расчета разделения бинарной смеси метилацетат-бензол,
производительность по исходной смеси 2,25 кг/с, содержание легколетучего компонента в исходной смеси - 35 % массовых, в дистилляте 98 % и в кубовом остатке 0,8 %. Давление в колонне 760 мм.рт.ст.
Расчет числа тарелок и положение тарелки питания проводился методом потарельчатого расчета - путем последовательного определения состава пара и жидкости, уходящих со всех тарелок, начиная с нижней (первой) тарелки. При расчете использовалась компьютерная программа, разработанная на кафедре Процессов и аппаратов химической технологии доцентом Ю. Н. Ковалевым [1]. Модель ректификационной колонны, положенная в основу расчетов приведена на рис. 1.
При расчете принимались допущения:
1. Постоянство мольных расходов пара и жидкости для каждой части колонны.
2. Брызгоунос жидкости постоянен для каждой части колонны. Предполагалось, что над верхней тарелкой вся уносимая жидкость отделяется от пара и возвращается в колонну, при этом расход жидкости, стекающей с тарелки на тарелку увеличивается на величину eL, где L - мольный
расход жидкости в отсутствии уноса; е - величина уноса в кмоль/кмоль расхода жидкости.
+
се
о. м
о
а
о
Рис. 1. Модель тарельчатой ректификационной колонны: О и Ь - мольные расходы пара и жидкости, соответственно, уп и хп - мольные доли более летучего компонента, соответственно, в паре и жидкости, выходящих с п-ой тарелки.
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXXI. 2017. № 5
3. Влияние уноса на работу колонны оценивалось по методу Кольбурна [2] в соответствии с которым увеличение расхода жидкости за счет уноса в уравнениях материального баланса не учитывается, но вводится поправка в величину эффективности тарелок в соответствии с уравнением:
Е
^ МУ (1)
Е' =
^ МУ
1 + еЕ МУ
4. Эффективность тарелок Ему рассчитывалась на основе модели идеального вытеснения для паровой фазы и диффузионной модели для жидкой фазы.
5. Для укрепляющей части использовалось уравнение:
О X
Хп+1 =
Для исчерпывающей
= О
Хп+1 =
р я
(2)
X,.
1+я
, (3)
где R1 - нижнее (паровое) флегмовое число, равное отношению мольного расхода пара в
исчерпывающей части колонны к мольному расходу куб. остатка, хр, xw -- мольные доли более летучего компонента в дистилляте и кубовом остатке.
Ордината точки пересечения рабочих линий упер равна:
у = + (1 + я1) ХР
Упер " 1+я+я , (4)
6. Плотность пара Ру на всех тарелках рассчитывается по уравнению Клапейрона-Менделеева при составе пара, поступающего на тарелку:
рМ Ру =-
ят
Иу
7. Вязкость пара у рассчитывается для состава
пара, поступающего уравнению [2]:
на данную тарелку по
Цт =
уИ
(1 - У )Иг у + (1 - у)Ф 1 (1 - у) + уФ 2
- + ■
(5)
где И и И2 - вязкости, соответственно, более и менее летучего компонента при средней температуре в данной части колонны; у - мольная доля более летучего компонента в паре
Ф 1 =
1 +
Ь"1 V И
И2Ы И
(6)
^ ^ М и Ф2 = ф^ 1 , (7)
811 + М 1
М .
М 2И1
где М1 и М2 - молекулярные массы более и менее летучего компонента.
Плотности жидкой фазыРх принимались постоянными в пределах укрепляющей или исчерпывающей частей колонны, а коэффициенты диффузии, как для паровой, так и жидкой фазы одинаковыми для всей колонны.
8. Состав пара, поступающего на нижнюю тарелку и состав жидкости, стекающей с нижней тарелки, принимаются одинаковыми с составом кубового остатка.
В результате предварительного расчета была выбрана ситчатая тарелка ТС-Р, со стандартным диаметром 1,4 м. Расчет составов пара и жидкости на каждой тарелке включал в себя:
1) Расчет равновесной концентрации у (Хп )
2) Расчет эффективности тарелки по Мерфри, выраженной по паровой фазе Е'МУ
3) Расчет состава пара, уходящего с данной тарелки:
уп = уп-1 + Е'мт [у * (Хп ) - уп-1 ], (8)
4) Для всех тарелок, кроме последней, рассчитывался состав поступающей на нее жидкости по уравнению (2) или (3).
Расчет числа тарелок проводился при различных значениях брызгоуноса от 0 до 0,5. Результаты расчетов для тарелки питания приведены втаблице 1.
Таблица 1. Влияние брызгоуноса на параметры работы ректификационной колонны с ситчатыми тарелками
е 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
П0У 1,0620 1.0843 1,1205 1,1652 1,2264 1,2829 1.3413
0,8480 0,8215 0,7884 0,7424 0,6967 0,6549 0,6186
Требуемое число тарелок 22 23 24 25 27 28 30
Как следует из представленных данных, увеличение обратного перемешивания
(брызгоуноса) приводит к снижению движущей силы и следовательно к увеличению общего числа единиц переноса по паровой фазе поу, а Е'ш уменьшается.
Показано, что увеличение брызгоуноса отрицательно сказывается на работе тарельчатой колонны, эффективность понижается, что приводит
к необходимости увеличивать число контактных устройств.
Список литературы
1. Борисов Г.С., Брыков В.П. и др. под редакцией Дытнерского Ю.И., Процессы и аппараты химической технологии // Пособие по проектированию. Химия, - 1983 - 701с.
2. Шервуд Т, Пикфорд Р.Л., Уилки У. Массопередача, пер. с англ., Химия, - 1982.
