Определение числа тарелок

Под теоретической тарелкой понимается такая ступень контакта, на которой происходит изменение концентраций для данной фазы от рабочей до равновесной. Графическое определение числа теоретических тарелок может быть проведено на диаграмме равновесия (рис. 3.19).

Для этого проводится диагональ квадрата 0 К и вертикальные линии, соответствующие составам Отмечаются точки а, b и с. Проводятся рабочие линии процесса ректификации для нижней и верхней частей колонны.

Определение числа теоретических тарелок производят проведением горизонтальных и вертикальных отрезков между кривой равновесия и рабочими линиями аb и bс. Начиная от точки а, проводят горизонталь 1 до пересечения с кривой равновесия, затем вертикаль до пересечения с рабочей линией, после чего проводят горизонталь 2 и т.д. До точки b отрезки 1, 2, 3 проводят от верхней рабочей линии; после точки b процесс идет уже в нижней части колонны и горизонтальные отрезки 4, 5, 6 проводят от нижней рабочей линии. Последнюю горизонталь 6 проводят так, чтобы она пересекала прямую x_W Число полученных при построении ступеней или треугольников соответствует числу теоретически необходимых тарелок ректификационной колонны. Каждый горизонтальный участок ступени соответствует изменению концентрации флегмы на тарелке, а вертикальный – изменению концентрации паров над этой тарелкой.

Рис. 3.19. Определение теоретического числа тарелок

по диаграмме равновесия

Более простым способом, предложенным П.Д. Лебедевым, теоретическое число тарелок можно определить при помощи фазовой диаграммы, как это показано на рис. 3.20.

Для этой цели, как и в предыдущем случае, проводят прямые x_D, x_F, x_W. Построение процесса начинают от точки А. Процесс в дефлегматоре при полной конденсации паров соответствует вертикальной линии АВ. Далее из точки В проводят горизонтальную линию ВС, которую делят на отрезки СD и DB так, чтобы отношение DB / CD было равно выбранному флегмовому числу R. Из точки D проводят вертикаль DE, соответствующую процессу ректификации (частичной конденсации пара) на данной тарелке, затем проводят горизонтальную линию ЕF, которую делят на два отрезка в прежних соотношениях, и т.д. Определение числа тарелок по фазовой диаграмме дает те же результаты, но оно более просто, так как не требует построения линий концентраций.

Как видно из рис. 3.20, число тарелок зависит только от флегмового числа R. Чем больше R, тем меньше число тарелок.

Полученное графическим методом число тарелок из-за несовершенства аналитического описания процессов тепло- и массообмена увеличивают в некоторых случаях в два раза. Опыты многих исследователей показывают, что КПД тарелки зависит от многих факторов и в первую очередь определяется: а) величиной поверхности контакта паровой и жидкой фаз; б) скоростью прохождения пара и жидкости через колонну; в) расстоянием между тарелками; г) высотой слоя жидкости на тарелке, через которую проходят пары; д) давлением в колонне; е) физико-химическими свойствами перегоняемой смеси и т.п.

Рис. 3.20. Определение теоретического числа тарелок

по t, x – y -диаграмме

Зависимость между реальным и теоретическим числом тарелок определяется формулой

,

где – реальное и теоретическое число тарелок; – КПД тарелки. КПД также часто обозначают .

КПД тарелки изменяется в довольно широких пределах. В связи с этим А.Н. Плановским и А.Г. Касаткиным был предложен метод расчета реальных тарелок с помощью кинетической кривой.

Графическое определение числа реальных тарелок проводится в следующей последовательности. На диаграмме равновесия строятся рабочие линии процесса ректификации (рис. 3.21).

Рис. 3.21. Определение числа реальных тарелок для процесса

ректификации по кинетической кривой на диаграмме равновесия

Весь диапазон изменения состава по низкокипящему компоненту делится на ряд интервалов. Вертикальные отрезки между рабочей линией и линией равновесия делятся пропорционально коэффициенту извлечения (рис. 3.21): . Находится величина отрезка ВС для каждого интервала:

.

От точки на кривой равновесия откладываются отрезки и проводится через точки и т.д. кинетическая кривая.

Между кинетической кривой и рабочими линиями концентрации для верхней и нижней части колонны строят ступени, общее число которых и определяет необходимое число реальных тарелок (без учета уноса жидкости с нижних тарелок на верхние тарелки). Этот метод позволяет определять также число реальных тарелок при переменном значении коэффициента массопередачи с учетом уноса.

Этот метод базируется на уравнениях массопередачи (по численным значениям объемных коэффициентов массопередачи).

Дата добавления: 2014-01-20