Файл: Девятых Г.Г. Глубокая очистка веществ учеб. пособие.pdf

колонны понимается скорость прохождения потока одной из фаз: L —нагрузка по жидкости, I — нагрузка по пару. Как видно из уравнения (П-54), величина ВЭТТ зависит и от коэффициента разделения^. Чем меньше значение ВЭТТ, тем выше в'целом эффект разделения в колонне. В .соответствии с этим для увеличения разделительной способности ректификационной колонны при заданной оптимальной нагрузке стремятся подобрать такую на­ садку, которая обусловливала бы наибольшую величину константы массообмена (коэффициента массопередачи). К сожалению, теоретическая оценка величины k в насто­ ящее время пока не представляется возможной ввиду сложности процесса межфазового массообмена, который зависит от характера потоков жидкости и пара между элементами насадки колонны, от величины поверхности контакта фаз, от свойств разделяемой смеси и т. д. На первый взгляд кажется, что для достижения большей ве­ личины константы массообмена достаточно использовать очень мелкую насадку. Однако оказывается, что в этом случае существенную роль начинает играть гидродинами­ ка процесса. Например, при этом может создаться боль­ шой перепад давлений пара вверху и внизу колонны, что является крайне нежелательным для процесса разделе­ ния. Поэтому выбор оптимальных размеров элементов насадки, материала, из которого она изготовляется, ее формы приходится определять опытным путем. В литера­

эффективности насадочной колонны, основанный на

Высота такого участка колонны носит название высоты единицы переноса (ВЕП). Понятие единицы переноса учитывает тот факт, что массообмен в насадочной колон­ не, в отличие от тарельчатой, протекает непрерывно. Та­ ким образом, разделительную опособность насадочной колонны можно выразить через число единиц переноса ЧЕП подобно тому, как она выше выражалась через ЧТТ.

56

Для этой цели составим дифференциальное уравнение материального баланса по примесному компоненту в па­ ровой фазе для единицы объема насадки, которое по ана­ логии с соотношением (11-35) и с учетом (11-40) запи­ шется в виде

Уо

Как видно из (П-59), величина he имеет размерность дли­ ны. При Дг=Ае из (П-57) следует, что ку = (у — У*)ср и таким образом, согласно определению [уравнение (П-55)], величина /ге представляет собой высоту единицы перено­ са. Число единиц переноса, которым эквивалентна дан­ ная насадочная колонна, можно определить графическим или аналитическим интегрированием уравнения (П-59). В последнем случае уравнение (П-59) запишем в более удобном виде. Из соотношения (П-35) следует, что

/dz I

или, так как l=L — P,

57

жиме. Если подставить в соотношение (II-62) выражение

Из уравнений (П-63) и (П-64) следует, что чем больше скорость отбора продукта, тем большее число единиц пе­ реноса требуется для достижения заданного разделения. Число единиц переноса, как и величина hc, не зависит от коэффициента разделения смеси. В этом смысле ВЕП является лучшей характеристикой эффективности колон­ ны, чем ВЭТТ.

чим следующую взаимосвязь между высотой, эквивалент­

При значениях а, близких к единице, величины ВЭТТ и ВЕП будут по существу совпадать; однако при больших величинах коэффициента разделения (а^>1) ВЭТТ может существенно отличаться от ВЕП. В этом случае из урав­ нения (П-65) следует, что при одних и тех же условиях величина ВЭТТ колонны будет меньше величины ВЕП,

58

т. е. одна теоретическая тарелка будет вызывать мень­ шее изменение концентраций, чем одна единица переноса.

Следует заметить, что отсутствие методов расчета константы массообмена k вынуждает прибегать при оцен­ ке ЧЕП и ВЕП, так же как и при оценке ЧТТ и ВЭТТ, к экспериментальным определениям фактора разделения колонны.

§7. Пленочные колонны

Впленочной колонне жидкая фаза распределена в виде жидкой пленки, равномерно покрывающей внутрен­ ние стенки; пленка образуется с помощью специального

все уравнения, полученные для насадочных колонн, в принципе должны быть справедливыми и для пленочных колонн.

Интересно, однако, что, с другой стороны, анализ ра­ боты пленочной колонны, ввиду того что поверхность раз­ дела фаз при этом известна, позволяет в некоторых слу­ чаях оценить ВЭТТ расчетным путем, не прибегая к эк­ спериментальному определению фактора разделения. С этой целью рассмотрим ректифицирующую часть пле-

59