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

130 Механизм процесса перегонки и ректификации

определенном флегмовом числе, £=4. При работе в других ус­ ловиях (т. е. для другой смеси или для такой же, но в других пределах концентрации, при другом флегмовом числе), может, однако, оказаться, что t будет иметь другое значение. Таким образом, величина | имеет локальное значение. Поэтому метод

фективность не через отношение, а через разность конечных кон­ центраций, достигаемых в аппарате.

Например, xD— хм или хм — xR.

2. Через число теоретических тарелок (ступеней концентра­ ции) — ч.т.т.

3. Через число единиц переноса (ч.е.п.).

Как тот, так и другой способы имеют своей целью исклю­ чить влияние флегмового числа, а также вида кривой равнове­ сия на оценку эффективности. Однако, как мы увидим дальше, это не всегда удается.

Теоретическая тарелка и к.п.д.

Наибольшее распространение в настоящий момент имеет метод оценки эффективности перегонных аппаратов при помо­ щи теоретических тарелок (т. т.), именуемых иначе ступенями концентрации.

Под ступенью концентрации понимают такой контакт пара и жидкости, в результате которого состав пара на выходе оди­ наков с составам равновесного с жидкостью пара на входе (рис. 90). Иначе говоря, в результате такого контакта дости­ гается равновесие между неравновесными вначале паром и жидкостью, почему контактная ступень и получила название теоретической, или идеальной, тарелки. Это состояние равнове­ сия соответствует максимальному изменению фаз и является результатом обмена энергией и массой между фазами.

Теоретическая тарелка является некоторым эталоном, с ко­ торым сравнивается реальная тарелка.

На рис. 91 показано выполненное общеизвестным способом построение в диаграмме х — X ступеней концентрации для раз­ гонки в некоторых определенных условиях, т. е. при заданном флегмовом числе и заданных пределах разгонки (хм, xD, xR). Из рис. 91 ясно, что число ступеней концентраций будет изме­

Можно также воспользоваться уравнением:

Х к— Х „

тп = —---- —.

д Х ср

Очевидно, уравнения эти не дадут совпадающих значений. Поэтому рекомендуется пользоваться только уравнением:

Решается это уравнение графическим путем. Оно представ­ лено на рис. 93, где изображено решение следующего примера.

Рис. -93. Нахождение числа единиц переноса.

П р и м е р 2. Определить число единиц переноса укрепляющей насадоч­ ной колонны для водно-спиртовой смеси. Поступающие в колонну пары со­

1 1

= 0,0528.

Ху—X 49 -30

Эту величину откладывают на графике (рис. 93,6)) в некотором мас­ штабе. Проделывая такой же расчет для ряда других точек, получим кри­ вую. Определяя площадь подынтегральной кривой, находим ее равной 20 см2 (на рисунке масштаб построения уменьшен примерно в 2 раза).

Таким образом, в этом случае число единиц переноса, отве­ чающее одной ступени, зависит только от отношения Ki/K.2, т. е. от 'наклона 'рабочей линии и линии 'равновесия.

Величина т0.с может быть определена по уравнению (57) аналитически.

2. Когда линия равновесия—- кривая. В этом случае т0.с может быть определено для каждой отдельной ступени концент­ рации. Возможны следующие способы определения числа еди­ ниц переноса для отдельных ступеней концентрации:

а) определение путем аналитического расчета (рис. 95)

б) путем графического интегрирования.

Этот способ представлен на рис. 96,. где изображены два

96, б)—построение линии —— - =f(v) тем же методом, как

Лр—л

и для насадочных колонн. На графике (рис. 96, б) показаны границы площади, отвечающей отдельным тарелкам. Эффек­ тивность отдельных ступеней концентрации, выраженная в чис­

1,25. Это еще раз подтверждает неравноцениость теоретических тарелок:

в) т 0.с может быть определено и решением уравнения (5 7 ) однако для большинства случаев этот метод неприменим.

Рис. 96. Нахождение числа единиц переноса графическим интегрированием.

Так, для случая, изображенного на рис. 96, а, можно под­ считать таким образом т 0.с только для первой и второй таре­ лок. Для этих тарелок определение пг0.с по формуле (57) дает результаты, довольно .близкие к найденным графически.

Сопоставляя результаты подсчетов, выполненных по трем изложенным способам, можно отметить существенное различие.

'Поэтому следует рекомендовать наиболее точный метод— метод графического интегрирования.

Применение числа единиц переноса в расчете аппаратов для перегонки

Определение эффективности перегонных аппаратов имеет три цели:

1 ) технический расчет аппарата для выявления его раз­ меров;

2 ) сравнение двух аппаратов о целью выявления наиболее эффективного;

личных режимах.

Остановимся на первой задаче. Пусть нам задано рассчитать перегонный аппарат для определенной смеси при заданных пре­ делах разгонки и заданном v. Если известна кривая равновесия, то обычным графическим методом мы легко получим число необходимых дли разгонки „единиц переноса т.

Дальнейшая задача заключается в том, чтобы, основываясь на данных опыта, или расчетным путем определить основные раз­ меры аппарата.

Для насадочных аппаратов должна быть определена высота насадки Н, для тарельчатых — количество тарелок Z. Для того чтобы от ч. е. п. перейти к Н и Z, нужно знать высоту насадки,

быть определены экспериментальным путем.

Для этой цели необходимо исследовать .производственные ап­ параты.

,К сожалению, такая работа еще почта не начата и значений h и р для аппаратов различных типов мы еще не имеем.

А. Г. Касаткин, А. Н. Плановский и О. С. Чехов разработа­ ли оригинальный метод расчета с использованием ч. е. п., ос­ нованный на определении коэффициентов массопередачи.

Этот метод опубликован авторами в 1961 г. в книге «Расчет

Для оценки эффективности .отдельной тарелки в практике спиртовой промышленности используют средний коэффициент полезного действия (к.п.д.) реальных тарелок. Этот коэффи­ циент равен отношению числа теоретических тарелок, .необходи­ мых для осуществления заданной .перегонки, к числу реальных, необходимых для той же цели.

Значения среднего к. п. д., найденные опытным путем, ис­ пользуются при расчетах аппаратов для определения числа ре­ альных тарелок. Как известно, для этой цели найденное расче­ том число теоретических тарелок делят на средний к.п.д. дан­ ного типа тарелок.

Отсюда ясно, что для расчета аппаратов необходимо знать с достаточной точностью величину среднего к.п.д. тарелок..

На основании материала обследования ряда производствен­ ных аппаратов, проведенного сотрудниками научно-исследова­