Графическая интерпретация |
этого уравнения приведена на |
рис. X I - 4 , из которого видно, |
что степень разделения продуктов |
резко изменяется в зависимости от отношения VJF. Вид этой кривой несколько отличается от кривой Мак-Кэба и Тиле, но характерная
особенность |
этих кривых одинакова: с увеличением отношения V/F |
степень разделения продуктов сначала возрастает |
очень |
быстро, |
а затем, по мере приближения S к значению а л + 1 , |
наклон |
кривой |
постепенно |
уменьшается. |
|
|
Для оценки влияния параметров VJD и DJF на процесс ректи фикации при регулировании состава дистиллята у сначала находят значения S для различных значений VJF и используют их для опре деления х.
Затем из материального баланса находят отношение DJF. На рис. X I - 5 представлены графики зависимости величины х и отно шения DJF от параметра V/F при z = 0,5 и у, регулируемом на значении, равном 0,95. Для поддержания заданного состава ди стиллята необходимо, чтобы отношение DJF менялось с изменением величины V/F, а также с последующим изменением состава кубового продукта.
Тангенс угла наклона кривой состава кубового продукта при
нормальных рабочих условиях, т. е. при V/F = |
5, равен |
Из сравнения этого наклона с наклоном dx/d |
(D/F) = —0,9 при |
тех же условиях следует, что состав кубового продукта в 100 с лиш ним раз более чувствителен к изменениям расхода дистиллята, чем к изменениям подачи тепла.
Если оба параметра х и у регулируются, то степень разделения исходной смеси в колонне должна быть постоянна. При изменении состава исходной смеси это может быть достигнуто путем поддержа ния постоянства отношения VJF с одновременным изменением отно шения D/F. Однако, чтобы при любых скоростях подачи сырья тепло в колонну поступало в количестве, необходимом для макси мально возможной степени разделения сырья, отношение V/F должно изменяться пропорционально скорости подачи исходной смеси. Чтобы было возможно регулирование величины у, отношение DJF также должно меняться со скоростью подачи исходной смеси. Воз вращаясь к числовому примеру, предположим, что параметр V по стоянно превышает максимальную скорость питания в 2,5 раза. Тогда отношение VJF должно изменяться от бесконечно большого значения до 2,5 при изменении скорости питания от 0 до 100%. Расход дистиллята также должен увеличиваться при изменении скорости питания, но с отклонением от пропорциональности в сто рону уменьшения (для обеспечения возможности регулирования процесса ректификации при уменьшающейся степени разделения). График зависимости расхода дистиллята и состава кубового про дукта от скорости подачи исходной смеси F при у = 0,95 и z = 0,5
Рпс. X I - 6 . Зависимость i n / ) от скорости подачп исходной смеси прп у = 0,95 u z = 0,5.
представлен на рис. X I - 6 . Из него видно, что при постоянном .под воде тепла в колонну для регулирования величины у требуется изменение величины DJF и х при изменении F. В табл. 8 показано влияние расхода исходной смеси на некоторые переменные рроцесса ректификации.
|
|
|
|
|
|
На рис. X I - 6 показаны две пунктирные линии, |
характеризующие |
работу колонны при постоянной |
степени |
разделения |
исходной |
смеси и V/F = 2,5. Если |
при |
этом |
регулируется |
состав кубового |
про |
дукта, то при таких скоростях пита |
ния |
в колонну |
будет |
подаваться |
меньшее количество тепла. Это при водит к уменьшению среднего рас хода дистиллята и последующему возрастанию потерь низкокппящего компонента с кубовым продуктом.
Если бы состав кубового продук та регулировался при постоянной скорости пара в колонне, то график завпснмости расхода дистиллята от скорости питания должен был бы изогнуться в противоположном на правлении. При постоянном отно шении D/F и различных значениях
величины V/F с повышением скорости подачи исходной смеси значения хну начнут изменяться, приближаясь друг к другу.
Таблица §. Значения некоторых переменных процесса ректификации пни различных значениях расхода исходной смесп
|
|
|
|
0 |
0,25 |
0,5 |
0,025 |
0,833 |
1,0 |
|
|
|
2,5 |
сю |
10 |
5 |
4 |
3 |
2,5 |
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S= 1 9 ~ 5 7 o ( l - - ^ r ) |
5S9 |
475 . |
361 |
304 |
209 |
133 |
|
|
0,95 |
0,032 |
0,038 |
0,050 |
0,059 |
0,084 |
0,125 |
|
~ 0,95 + |
0,055 |
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
0,5 — х |
0,510 |
0,507 |
0,500 |
0,494 |
0,480 |
0,455 |
|
F |
0,95 — г |
|
|
|
|
|
|
|
|
D-- |
0 |
0,127 |
0,250 |
0,308 |
0,400 |
0,455 |
|
Схемы регулирования процесса ректификации |
|
|
|
Системы |
автоматического |
регулирования |
необходимы |
только |
при неравновесном состоянии процесса. Поэтому рассмотрим влия ние на процесс ректификации изменения скорости, состава или
энтальпии |
исходной смеси, изменения давления греющего пара |
и других |
возмущающих воздействий. |
Взаимосвязь материального и теплового балансов. На рис. X I - 7 |
приведена схема регулирования процесса ректификации с отводом готовых продуктов из колонны с помощью регуляторов уровня жидкости в промежуточном сборнике и в кубе колонны. В этом случае регулирование процесса путем непосредственного влияния на материальный баланс колонны невозможно. Применять такую схему на практике нецелесообразно.
^> j * Хладоагент
|
|
Дистиллят |
|
Кубовый |
|
|
проб. |
|
Рис. X I - 7 . Схема регулирования ректификационной колонны прп |
отводе целевых |
продуктов с помощью |
регуляторов уровпя: |
1 — кипятильник; |
2 — колонна; 3 — дефлегматор; 4 — сборник дис- |
Если регулятор расхода установить |
на линии подачи флегмы |
в колонну, то изменения скорости пара, |
выходящего из колонны, |
и скорости орошения приведут к колебаниям расхода отводимого дистиллята. Изменение же отношения расходов дистиллята и исход ной смеси влияет на качество продуктов разделения. Поэтому расход дистиллята целесообразно регулировать не путем воздействия на скорости пара и флегмы, а непосредственно регулятором расхода. Если расход пара V, выходящего из верхней части колонны, равен расходу пара, образующегося в кипятильнике, то расход дистил лята D связан с расходом флегмы L следующим равенством: .
|
Откуда |
D = V—L |
|
(XI,10) |
|
дУ у_ |
dL |
L_ |
|
|
|
( X I , l i > |
|
D |
D |
L |
"D |
|
|
|
Следовательно, изменение |
расхода |
флегмы и подачи тепла в ко |
лонну будет вызывать отклонение состава дистиллята от заданного значения. Отношения V/D и L/D обычно намного превышают
единицу. Если, например, V/D = 10, то изменение подачи тепла в колонну на 1 % вызовет изменение расхода дистиллята на 10% .
Количество уходящего из колонны пара зависит от многих фак торов. Если исходная смесь поступает в колонну в виде кипящей жидкости, то восходящие потоки пара в колонне над тарелкой пи тания и под пей одинаковы. Если же в колонну подается паро-жидко- стная смесь, то расход пара над тарелкой питания больше, чем под
ней, |
на количество |
пара, содержащегося в исходной смеси. На |
рис. |
X I - 8 приведена |
схема материальных потоков па тарелке пита |
ния. Материальный баланс этой тарелки зависит от энтальпии исходной смеси qF.
1' <LllL
Рпс. XI-S. Схема материальных пото- |
Рис. X I - 9 . |
Схема |
материальных |
ков тарелки питания. |
потоков |
верхней |
тарелки. |
Энтальпия исходной смеси принимается равной энтальпии той ее части, которая подается в колонну в виде пара. Энтальпия жидкости при температуре кипения принимается равной нулю, а энтальпия насыщенного пара — единице. Энтальпия переохлажденной жидко сти отрицательна, перегретого пара — выше единицы. Можно при нять, что расход пара на входе в конденсатор равен расходу пара непосредственно над тарелкой питания в том случае, если на пути пара от верха колонны до конденсатора нет подвода или отвода тепла. Тогда расход дистиллята
D = V\-qFF-L
Таким образом, расход дистиллята зависит от скорости подачи исходной смеси и ее энтальпии.
Обычно флегма возвращается в колонну не при температуре кипения, а несколько переохлажденной, что вызывает конденсацию некоторой части пара, подходящего к верхней тарелке. Схема ма^ териальных потоков верхней тарелки колонны приведена на рис. X I - 9 . Материальный баланс этой тарелки зависит от энталь пии qL потока флегмы.
Если исходная смесь поступает в колонну при температуре кипения, то потоки пара, подходящего к верхней тарелке и обра зующегося в кипятильнике, одинаковы. Если же флегма переохлаж дена, то ее энтальпия отрицательна. Это вызывает уменьшение
