ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Обратимый процесс многокомпонентной ректификации из "Разделение многокомпонентных смесей" Для термодинамического усовершенствования ректификации большое значение имеет разработка модели такого рёктифика-ционного процесса, работа разделения которого равна термодинамически минимальной. Впервые такую модель предложил Хаузен °2 для разделения воздуха на чистые кислород и азот. В этой модели к каждой ступени разделения с помощью идеального теплового насоса подводится бесконечно малое количество тепла или холода. Рабочим телом насоса является инертный газ (азот), испаряющийся или конденсирующийся на каждой тарелке при соответствующих давлении и тeмпepaтype . [c.172] Как уже указывалось, Бeнeдикт рассмотрел в общем виде процесс обратимой бинарной ректификации с полным разделением смеси на компоненты и получил аналитические выражения для зависимости суммарного количества подведенного тепла (холода) от текущей концентрации компонентов. [c.172] Хазелден исследовал условия неполного обратимого разделения воздуха и показал, что в этом случае не требуется подвод конечных количеств тепла и холода к концевым точкам колонны. При невысокой чистоте продуктов разделения подвод энергии в зависимости от температуры должен быть приблизительно равномерен. [c.172] Грюнберг впервые предложил модель термодинамически обратимого процесса разделения многокомпонентной смеси. Эта модель затем была несколько уточнена . В схеме Грюнберга процесс характеризуется, во-первых, дифференциальным подводом энергии по высоте колонн и, во-вторых, тем, что в каждой секции каждой колонны исчерпывается только один компонент. Второе обстоятельство обеспечивает полную обратимость при смешении потоков в районе ввода питания каждой колонны. [c.172] Бинарная ректификация. Всякий термодинамически обратимый процесс состоит из ряда равновесных состояний. Математическое описание обратимой ректификации можно получить, используя уравнения фазового равновесия и материального баланса для различных сечений колонны. [c.173] Если уравнения (VI, 16) и (VI, 17) справедливы для любого -ректификационного процесса, то условие равновесия между поднимающимся паром и стекающей жидкостью (VI, 18) характерно только для термодинамически обратимой ректификации. [c.173] Количество L -стекающей в произвольном сечении укрепляющей секции жидкости -пропорционально количеству zF легкого компонента в питании колонны, обратно пропс рционально концентрации легкого компонента в жидкости в данном сечении х и коэффициенту обогащения (а—1). [c.174] Аналогично количество V поднимающегося в произвольном сечении исчерпы ваюи1ей секции пара прямо пропорционально количеству тяжелого компонента (1—z)F в питании колонны, но обратно пропорционально концентрации тяжелого компонента в паре в данном сечении (1—у) и коэффициенту обогащения (а-1). [c.174] Из уравнений (VI,19), (VI,20), (VI,23) и (VI,24) легко вывести условия обратимости процесса на концах колонны. [c.174] Уравнения (У1,25) и (У1,26) означают, что при полном разделении колонна должна иметь внешние дефлегматор и кипятильник, в которых происходит конденсация и испарение чистых компонентов. [c.174] Интересно отметить, что и при жидкостном питании, а также V и при паровом питании яе зависят от г. [c.175] Это означает, что процесс термодинамически обратимой ректификации в полной ректификационной колонне принципиально возможен. [c.176] На рис. 37 изображен процесс обратимой бинарной ректификации при а=2 в координатах [х—причем на рис. 37,а показано питание насыщенной жидкостью (р=1), на рис. 37,6 — насыщенным паром (р = 0), а на рис. 37,в —парожидкостной смесью (р = 1—г). [c.176] На рис, 38 изображен процесс обратимой бинарной ректификации для случая жидкостного питания при а = 2, но при различных значениях 2. [c.176] На рис. 39 изображен процесс обратимой бинарной ректификации в случае жидкостного питания при одном и том ке значении 2, но при различных а. [c.176] например, исходная смесь — насыщенная жидкость, которую полностью испаряют перед подачей в колонну, то суммарное количество передаваемого тепла увеличится на величину, необходимую для испарения (1—г)Р жидкости. На ту же величину возрастет необходимое количество холода. Аналогично, если исходная смесь —насыщенный пар, который полностью конденсируют перед подачей в колонну, то суммарное количество холода возрастет на величину, необходимую для конденсации г пара на столько же увеличится необходимое количество тепла. [c.177] Таким образом, в отличие от случая полного разделения флегмовые потоки на концах колонны равны нулю, т. е. внешние дефлегматор и кипятильник отсутствуют. [c.178] При термодинамически обратимом разделении изменение энтропии исходной смеси должно быть равно по величине изменению энтропии окружающей среды. Представляет интерес получение выражения для изменения энтропии непосредственно из рассмотрения процесса обратимой ректификации. [c.179] Таким образом, выражение для изменения энтропии при полностью обратимом разделении бинарной смеси выведено без использования представления о гипотетических полупроницаемых перегородках. [c.181] Вернуться к основной статье