Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

.pdf

Скачиваний:

133

Добавлен:

30.10.2023

Размер:

20.38 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 5110 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

90 Теория перегонки бинарных смесей

1 кмоль конденсирующихся паров, поступающих на прием

ную тарелку снизу, отдает М0г ккал.	Отсюда:
Сд((<2—fl) +	г
К =	(38)
Маг

Умножая М на К, мы получим количество жидкости, стекаю щей с приемной тарелки, увеличенное за счет конденсации па ров.

Следовательно, в нижней колонне количество стекающей жидкости будет равно:

F = f + K M .

(39)

Вследствие изложенного положение точки пересечения ра бочих линий сместится. Из приведенных ранее уравнений мо жет быть найдено, что геометрическим местом точек пересече ния рабочих линий верхней и нижней колонны является прямая, ■отвечающая уравнению:

К х - { К - \ ) Х = х м.

(40)

Если положить Х=х, т. е. взять точку, лежащую на диаго нали, то мы получим х = Х = х м, т. е. это будет точка, лежащая на пересечении диагонали графика и перпендикуляра, восста

новленного из точки хм- Если же положить Л^=0, то х = — .

т. е. вторая точка рассматриваемой линии будет лежать на оси абсцисс, образуя отрезок — •

Построение рабочих линий выглядит так, как это показано

на рис. 49.	что при /С=1,		т. е. при вводе пи
Из уравнения (40) видно,
тающей жидкости при температуре кипения, х = х м,				«ак было
найдено ранее.
Если же питание поступает при температуре, более высокой,
чем температура кипения на	тарелке питания, то величина К
становится меньше единицы и	хм
	— > х м.
На рис. 50 показаны три рассмотренные			выше	положения
линии пересечения.	вывести,	что	при вводе питания
Из уравнения (40) можно
в виде паров К становится равным нулю,		а	— = оо ,	т. е. линия
			К

пересечений становится параллельной оси абсцисс. Если пита ние вводится частично в виде пара, а частично в виде жидко-

Минимум флегмы

-■сти, то положение линии пересечений будет лежать между ли т-шей пересечений для ввода перегретой жидкости и линией пе ресечений для парового питания [7, 8 ].

Рис. 49. Влияние недогрева	Рис. 50. Влияние теплового
питания.	состояния питания.

§ 4. МИНИМУМ ФЛЕГМЫ

Положение оперативных линий зависит от величины флегмового числа v. Найдем предельные положения оперативной

.линии колонны укрепления. Одним из пределов будет тот слу чай, когда и=^п. Это будет иметь - место, когда отбор дистил лята не производится и весь паровой поток, конденсируясь в дефлегматоре, возвращается в колонну.

В этом случае D = 0, и = — =оо. Оперативная линия колон

ны укрепления в этом случае, как это видно из уравнения X =

v	x D
— v t х + v	^ , совпадает с диагональю графика, так как

На рис. 51 приведен график, построенный для нахождения числа теоретических тарелок при различных значениях флегмового числа. Из графика видно, что при о = со тарелки колонны имеют наибольший укрепляющий эффект, а следовательно, чис ло тарелок будет минимальным.

Второе предельное значение флегмового числа соответствует минимуму флегмы.

Оперативная линия колонны укрепления проходит в этом случае через точку N на кривой равновесия. Эта точка лежит на -перпендикуляре, восстановленном из точки хк , где хЕ — со держание н. к. во флегме, стекающей с нижней тарелки.

В этом случае число тарелок, необходимых для перегонки, равно бесконечности, что очевидно из чертежа.

92 Теория перегонки бинарных смесей

Что это положение рабочей линии является предельным, вид но из того, что при дальнейшем уменьшении флегмового числа; рабочая линия пройдет так, что ступенчатый график не может

быть закончен			в точке N.	мы можем определить иМНи , так как
	Измерив отрезок Во,
	х,	■Во, И v wm =		- в 0
ft	0-1			R
		*^Qf 14	VMHH
VMHH *T 1				&0

Омпп может быть определено и аналитическим путем.

Рис. 51. Пределы изменения v.			Рлс. 52. Определение омпн.
Из уравнения:						>
можно найти, что			W+1
можно найти, что			х
v =			х
v =		X —	х
		X —	х
Но при v = vmm хк = хм, что нетрудно увидеть,				если	на	гра
фике (рис. 52) построить рабочую линию колонны				истощения.
В таком случае Х = Х М, т. е.		содержанию н. к. в парах,				рав
новесных с жидкостью, содержащей хм нижекипящего					компо
нента.
Тогда	Л-	—X
	Л-	—X
®«Ни	D		М			(41 >
®«Ни						(41 >

Хм ~ хм

Однако это уравнение применимо‘не всегда и не для всех бинарных смесей. Например, для системы этиловый спирт— вода, имеющей седлообразную кривую равновесия, при неко торых концентрациях это уравнение неприменимо, так как кри вая равновесия может пересечь рабочую линию в двух точках.

Минимум флегмы	93
Минимум флегмы соответствует минимальной затрате	теп

ла и бесконечному числу тарелок. Так как колонну с беско нечным числом тарелок построить невозможно, то невозможна и работа с минимумом флегмы. Поэтому практически при рас чете колонн, определив минимум флегмы, увеличивают его, умножая на коэффициент, больший единицы.

К. П. Андреев [9] предложил определять минимальное флегмовое число не только из условий работы колонны укрепления, но так же и с учетом условий работы колонны истощения.

Рассматривая уравнение рабочей линии нижней колонны;

х-	о+1	X -	и—1
	U+ V		iM+V R »

мы видим, что второй член этого уравнения в случае полного исчерпывания равен нулю, так как хя = 0 .

Но Rxr = M xm — Dxd, где R = M — D. Отсюда

Мх . . — Dx:

МD

	М	x D	.
Когда х = 0, М хм — Dx d и —- = и =		ЛМ	.
	и	ЛМ
Графически этот случай может быть представлен следую
щим образом (рис.	53).	хм
„	рис. 53 следует, что	хм	_	и + ^’мин
Из рассмотрения	рис. 53 следует, что	—	= t g a = -----------
		хм		Чмнн + 1

Но — = К — коэффициенту испарения нижекипящего ком-

понента. Отсюда

и + °мин _ д -

0 чин+ 1

Заменяя и через

получим:

п+ Омин

—------- :-------= К-

Ощин + 1

Решая это уравнение в отношении цмпн, получим

M — KD

(42)

KD — D

Это уравнение отвечает случаю полного исчерпывания, т. е. jch= 0, и связывает: количество навалки в молях М, коэффи

94	Теория перегонки бинарных смесей

циент испарения н. к. К и количество дистиллята D (также в- молях).

Для выбора флегмового числа полезно построить график зависимости v от числа теоретических тарелок 2 Т (рис. 54). При уменьшении v число тарелок растет сначала медленно, затем

Рис. 53. К	выводу урав-	Рис. 54. Кривая v=f (zj.
нения	Андреева.

очень быстро. Следует выбирать v в точке перегиба кривой, где незначительное уменьшение v ведет к значительному увеличе нию z.

§ 5. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТАРЕЛОК КОЛОННЫ ИСТОЩЕНИЯ

Графический метод определения числа тарелок неудобен в

том случае,		если	остаток после перегонки содержит малое ко
			личество н. к., так как для нахождения
			числа тарелок		приходится		вычерчивать
			график в большом масштабе.					числа	та
			Поэтому для		определения
			релок в нижней части колонны истоще
			ния целесообразно применять аналитиче
			скую формулу, выведенную Сорелем.
			Для вывода этой			формулы		рассмот
			рим я-ю тарелку колонны				(рис. 55).		На
			эту тарелку с		вышележащей			тарелки
			п-j-l приходит		жидкость,		содержащая
Рис. 55. Схема		колонны F x n + 1		нижекипящего		компонента.			С
истощения.			я—1 -й	тарелки приходит пар, содержа
щий GXn-i		н. к.
			С я-й тарелки уходит н. к. в парах G.Xn и в
жидкости	Fxn.

Аналитическое определение числа тарелок

Очевидно, что при установившейся работе аппарата спра ведливо уравнение:

GXn+ Fxn= GXn- \ Fxn+i .

(43)

Пусть коэффициент испарения н. к. на рассматриваемых та релках будет равен:

Кп—1j K/j, Кл+1 •

Напомним, что коэффициентом испарения называется отно шение содержания компонентов в парах к содержанию его в жидкости, находящейся в равновесии с паром.

Мы можем написать

1/	Xn	I	Хп—1
А п =	---------- »	А л—1	-----------------
	Х„		Х п—1
Перепишем уравнение (43)		так-.
или	Fxn= Gxn—i Кп-I 4" FXn+x ,
или	Fxn— GKnxn
Fxn+i	Fxn— GKnxn		GKn—i x n—i ,
и, наконец,
Хп-\Л	x n-----—- (KnXn		K n - 1 Л^л— 1 )•	(44)
	F

В этом уравнении коэффициент испарения является функ цией концентрации спирта. При концентрациях спирта в жид кости от 0 до 0,2% мол. К равен приблизительно 13. Напишем уравнение (44) для ряда последовательных пар смежных таре лок:

* л + 1	_	— (Х п	\.
	Х п —		Х я - 1 ),
Хц Хп—\ —		GK (Хл—1	Хл—2 ),
X,	• х ,=	GKF С*1—х9);
Ху — Х 0		GK- ( х 0— 0 ).
		F

Здесь х0— концентрация нижекипящего компонента в кубе. Концентрация н. к. в греющем паре, естественно, равна нулю. Сложив правые и левые части уравнений, получим:

96 Теория перегонки бинарных смесей

-л+ 1 - о	GK	*о (-^-Г
	GK
	F		GK
			- 1
			F
И
х п + 1	(-^ Г — 1
Л'о		GK	- 1
		F

Решая эти уравнения в отношении п, получим:

*п-и /_ £ £

п =	•* о I f		(45)

	lg	GK

		F

Это уравнение может быть применено только в случае, кот ла Kr=const. При увеличении концентрации н. к. в жидкой фа зе выше 0 ,2 % мол. уравнение уже неприменимо, так как К за метно уменьшается и уже при 0,4% мол. становится равным

11, 6.

Как видно из изложенного выше, уравнение (45) дает нам чи сло тарелок, необходимых для истощения питания от xn+i % мол. н. к. до а'о при обогреве открытым паром, не содержащим мижекипящего компонента.

Цыганков [6 ] произвел анализ уравнения (45)						и выяснил,	что
оно	приложимо только		для случая обогрева колонны откры-
тым				„	. F
тым	паром при условии, что К Ф — •
	*			/7	G
В	том случае, когда			/7	число тарелок	находится	из
В	том случае, когда		К = — ,		число тарелок	находится	из
уравнения:				G
уравнения:
		п		fn ± 1			(46)
		п		Х0			(46)
				Х0

Изложенные выше методы расчета являются наиболее рас пространенными. Кроме них, имеются и другие методы, на ко торых мы в настоящей книге не останавливаемся. В частности, представляет интерес метод расчета аппаратов при помощи тепловой диаграммы (/—t—х). Этот метод изложен в ряде ра бот, которые указаны в списке литературы [1 0 , 1 1 , 1 2 , 13].

		Аналитическое определение числа тарелок		97
			ЛИТЕРАТУРА
1.	Е.	Х а у с б р а н д т .	Действие ректификационных аппаратов,	Госснаб-
техиздат,		1931.	Курс теории перегонки и ректификации,	Гостоп-
2.	С.	А. Б а г а т у р о в,	Курс теории перегонки и ректификации,	Гостоп-
техиздат,		1954.
3.	И.	М. А н о ш и н, Исследование аппаратов с сетчатыми тарелками для

ректификации спирта, канд. диссертация, Московский технологический инсти тут пищевой промышленности, 1952.


4.	Е.	К i г s с h b а и гп,		Destillier-		und Rektifiziertechnik,			Springerverlag,
1960.	W. Me. C a b e		and		E. T h i e l e		Ind.	and Eng. chem.,		№ 17,	1925;
5.
см. также «Химическая промышленность», 1927, № 9.										вып. 15,	1955.
6.	П.	С. Ц ы г а н к о в ,		Труды КТИППа им. А. И. Микояна,
7.	A. P a r i s , Les		procedes de Rectification dans l’industrie							chimique,	Du-
nod, 1959.		Ц ы б а р о в с н и й ,			Процессы		химической технологии,			Госхимиздат,
8.	Я.
1958.	К.	П. А н д р е е в , «Гидролизная					промышленность», 1949,			№ 2.
9.
10.	В. Н. С т а б н и к о в,				Метод расчета брагоперегонных колонн при помо
щи комбинированной I—t—х—(/-диаграммы, Гостехиздат Украины, 1950.
11.	Н. А. А л я в д и н ,			«Химическое машиностроение», 1940,						№ 11—12.
12.	В.	Н. С т а б н и к о в,			С. Е. Х а р и н ,			Теоретические	основы перегон
ки и ректификации спирта, Пищепромиздат, 1951.											ин
13.	Л.	Л. Д о б р о с е р д о в, Труды					Ленинградского технологического
ститута пищевой промышленности, т.						II	(X),	1951.

Г Л А В А IV

КОНСТРУКЦИИ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ БРАГОПЕРЕ ГОННЫХ И РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

§1. НАЗНАЧЕНИЕ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ

ИИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Основным элементом любого аппарата для перегонки и рек тификации является устройство, служащее для многократного или непрерывного приведения в тесный контакт паровой и жид кой фаз. Этот тесный контакт, необходимый для осуществления процесса массопередачи в аппаратах, может быть создан раз личными путями.

Классификация основных видов контактных устройств ректификационных аппаратов

Клапанные

Тарельчатые аппараты со сливными устройствами

. В спиртовой промышленности получили преимущественное распространение колонные аппараты с ситчатыми и колпачко выми тарелками.

Бурный рост химической и нефтеперерабатывающей про мышленности за последние десятилетия обусловил появление большого числа новых типов контактных устройств. Не все они нашли применение или были исследованы в спиртовой промыш ленности, однако мы считаем необходимым остановиться в на стоящей главе не только на тех контактных устройствах, кото рые уже прешли апробацию в спиртовой промышленности, но также и на тех, которые являются, по нашему мнению, перс пективными.

Существующие контактные устройства могут быть класси фицированы следующим образом (см. схему «а стр. 98).

Рассмотрим, придерживаясь этой классификационной схе мы, основные типы контактных устройств с точки зрения их использования в спиртовом производстве.

§ 2. ТАРЕЛЬЧАТЫЕ АППАРАТЫ СО СЛИВНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Тарельчатые аппараты относятся к одним из наиболее ста рых и наиболее разнообразных типов аппаратов, широко упот ребляемых как для перегонки, так и для ректификации спирта. Основным элементом контактных устройств этих аппаратов яв ляется тарелка. Тарелка, перфорированная тем или иным спо собом, служит для пропуска пара и для приведения его в тес ный контакт с жидкой фазой. По способу отвода жидкой фазы с тарелки различают тарельчатые аппараты со сливными устрой ствами и без них. В тарелках первого типа жидкость, текущая по тарелке, стекает по сливным стаканам, не попадая в те от верстия, в которые поступает пар. iB тарелках без сливных уст ройств жидкость стекает через те же отверстия, в которые по ступает пар. Рассмотрим вначале тарелки со сливными устрой ствами.

Наиболее распространенным видом тарелок этого типа яв ляются тарелки одинарного и двойного кипячения и многокол пачковые (рис. 56—61).

На рис. 56 представлена одноколпачковая тарелка одинарно го кипячения, устанавливаемая в брагоперегонных аппаратах. Этот простейший тип тарелок применяется в аппаратах малой производительности. Пар, поступающий на тарелку через гор ловину под колпак, вырывается через края колпака в жидкость, текущую по кольцевому проходу между горловиной и стенкой колонны.

Таким образом, пар барботирует в жидкость односторонне, что не обеспечивает хорошего контакта между паром и жид-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 5110 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ