ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет процессов разделения многокомпонентных систем из "Основы массопередачи Изд.2" Наличие в смеси более чем двух компонентов существенно изменяет расчет процессов разделения таких систем. Для двухкомпонентной системы достаточно было помимо давления, под которым ведет ся процесс, задать содержание летучего компонента в одйой из фаз, чтобы состояние равновесной системы однозначно определялось. В многокомпонентной же системе помимо постоянного внешнего давления необходимо зафиксировать к—1) других параметров. Поэтому соотношение между составами данного компонента в жидкой и паровой фазах помимо давления зависит от содержания других компонентов системы в жидкости и паре. [c.69] В отличие от бинарной смеси при разделении многокомпонентной смеси не все компоненты, которые находятся в исходной смеси, присутствуют в верхнем и нижнем продуктах. Наиболее легкие компоненты концентрируются в дистилляте, наиболее тяжелые — в остатке, и только компоненты промежуточной летучести в определенных соотношениях распределяются между обоими целевыми продуктами. Между тем на питающей тарелке присутствуют все компоненты исходной смеси. Здесь возникает необходимость в увязке расчета распределения концентраций верхней и нижней частей колонны с положением питающей тарелки. [c.69] При дистилляции многокомпонентных систем вводится условное понятие ключевых компонентов, определяющих ход процесса разделения. Ключевыми компонентами называются условно такие, которые определяют границу разделения смеси на две части все компоненты исходной смеси более летучие, чт легкий ключевой компонент, попадают только в дистиллят, а все компоненты менее летучие, чем тяжелый ключевой компонент, попадают только в кубовую жидкость. Легкий и тяжелый компоненты не обязательно должны быть смежными, непосредственно примыкающими Друг к Другу коыпокектами на шкале летучести. Между ними могут расположиться и другие компоненты промежуточной летучести, различным образом распределяющиеся между дистиллятом и остатком. Так, например, при разделении многокомпонентной смеси углеводородов (от метана до гептана включительно) при выборе в качестве легкого ключевого компонента пропана и тяжелого ключевого компонента н-бутана в смеси может оказаться изобутан, летучесть которого лежит между летучестью ключевых компонентов. Этот компонент объединяют с близлежащим к нему ключевым компонентом (в приведенном примере с н-бутаном). [c.69] Состав тяжелого ключевого компонента определяют по разности между 1 и суммой составов легкого ключевого компонента и легких компонентов. [c.69] Разделение бинарной смеси при минимальной флегме является предельным случаем здесь обе зоны постоянной концентрации непосредственно примыкают к тарелке питания. [c.71] Типичный график распределения компонентов по тарелкам при разделении многокомпонентных систем представлен на рис. 45. На рис. 45 представлено выделение пропана (Сз) и более легких компонентов (Сг) от бутана (С4) и более тяжелых компонентов (Св, Се), при этом верхний продукт отводится в виде газа. [c.71] Концентрация компонентов более легких, чем пропан, ниже тарелки питания падает очень быстро, а концентрация компонентов более тяжелых, чем бутан, падает быстро выше нее. В результате содержание компонентов более легких, чем пропан, ничтожно в кубовом продукте и содержание компонентов более тяжелых, чем бутан, ничтожно в верхнем продукте. [c.71] В настоящее время расчет процессов разделения многокомпонентных смесей производится на вычислительных машинах [23, 24]. [c.72] В соответствии с выбранным аппаратурным оформлением процесса разделения — тарельчатыми и насадочными колоннами — применяются в основном два вида математического описания. В тарельчатых колоннах процесс разделения описывается системой алгебраических уравнений, в которые входят балансовые и равновесные соотношения для разделяемых компонентов. В зависимости от полноты принятого математического описания в систему уравнений могут быть включены уравнения тепловых балансов материальных потоков на каждой тарелке. В последнем случае решение системы уравнений математического описания позволяет, наряду с распределением составов по тарелкам колонны, получить и картину изменения количеств пара и жидкости по высоте колонны. [c.72] В насадочных колоннах процесс разделения описывается дифференциальными уравнениями массопередачи. Такая форма описания используется также для некоторых специфических случаев разделения в тарельчатых колоннах так, например, при ректификации смесей компонентов с небольшой относительной летучестью в колоннах с большим числом тарелок. [c.72] Описание процесса разделения дифференциальными уравнениями массопередачи представляет интерес с точки зрения использования для расчетов аналоговых машин, хотя при этом, естественно, не исключается возможность применения и 1ДВМ. [c.72] Простейшим случаем использования ЦВМ в проектных расчетах является определение числа теоретических ступеней разделения, необходимых для получения конечных продуктов заданного качества при принятых значениях флегмовых отношений в секциях колонны. Рассмотрим последовательность расчета необходимого числа теоретических тарелок для колонны непрерывного действия, в которой происходит разделение многокомпонентной смеси, в предположении о постоянстве мольных количеств жидкости и пара по высоте колонны. [c.72] Аналогичное условие для состава жидкой фазы в этом случае будет выполняться автоматически, что легко можно проверить произведя суммирование уравнений в системах (I, 156) или (I, 157) с учетом соотношения (I, 160). [c.73] Приведенные этапы расчетов применимы при разделении смесей с любым числом компонентов, не меньшим трех. [c.76] Приведенный метод расчета числа тарелок, основанный на предположении о постоянстве количеств пара и жидкости по высоте колонны, оправдан только при расчетах разделения смесей близкокипящих компонентов. Для смесей, температуры кипения компонентов которых значительно отличаются, изложенный метод может привести к большим погрешностям в определении необходимого числа тарелок. Для проверки полученного числа теоретических ступеней разделения необходимо произвести проверочный расчет колонны с учетом теплового взаимодействия потоков жидкости и пара по высоте колонны. [c.76] Математическое моделирование ректификационных колонн для разделения многокомпонентных систем с учетом кинетики массообмека и гидродинамической обстановки на тарелке требует прежде всего достаточно разработанной модели механизма массопередачи на ступени разделения, что и определяет, в первую очередь, адэкватность математической модели в целом реальному объекту. [c.76] Изучение нестационарных режимов процесса ректификации составляет задачу исследования так называемой динамики колонн. [c.76] Уравнения нестационарных режимов работы или динамическая модель процессов ректификации позволяет теоретически исследовать на стадии проектирования динамику объекта и определить такие важнейшие характеристики, как, например, время достижения стационарного состояния при пуске колонны непрерывного действия, а также изучить влияние различного рода возмущающих факторов на стационарный режим работы и выявить местоположение контрольных тарелок для построения системы регулирования проектируемой колонны. [c.76] Вернуться к основной статье