Область реализуемости бинарной ректификации и выбор порядка разделения трехкомпонентной смеси

Покажем, что область реализуемых нагрузок колонны бинарной ректификации характеризуется значением двух характеристических параметров. Найдем связь этих параметров с кинетикой процессов теплои массопереноса и составом смеси. Это позволит перейти к задаче о предельных возможностях процесса разделения трехкомпонентной смеси в системе из двух колонн бинарной ректификации и предельных возмождностях такого каскада.

Бинарная ректификация

Введение

и постановка задачи. Задачам оптимальной организации процесса ректификации посвящено огромное число исследований^[1]. При этом учет необратимости процесса в колонне проводят за счет коррекции ее обратимых характеристик (переход от минимального расхода флегмы к рабочему, от теоретической ступени разделения к реальной тарелке и пр. через экспериментально найденные и проверенные длительным опытом коэффициенты). В задаче выбора последовательности разделения многокомпонентной смеси обратимые оценки неприменимы, так как обратимая работа разделения зависит только от состава потоков на входе и на выходе из системы.

Ниже учет необратимости процесса сделан через кинетику теплои массообмена, что позволяет проследить влияние кинетических факторов на предельные возможности колонны (производительность, расход теплоты). Так как решалась задача оценки сверху возможностей колонны, то допущения, упрощающие расчет и расширяющие применимость результатов, сделаны так, чтобы каждое из них не увеличивало необратимость процессов. Только в этом случае можно утверждать, что показатели реальной колонны не превосходят найденных. Такие допущения завышают оценки, но и полученные таким образом оценки гораздо ближе к истине, чем те, что построены на базе обратимых процессов. Кроме того, такой показатель, как предел производительности колонны с заданными коэффициентами теплои массопереноса, на базе обратимых оценок получить вообще нельзя.

На базе границы предельных возможностей необратимой бинарной ректификации рассмотрена задача о возможностях системы из двух колонн ректификации, в которой производится разделение трехкомпонентной смеси.

Первоначально напомним вывод соотношений, определяющих множество допустимых режимов ректификации идеальной бинарной смеси, и покажем, что границу этой области можно параметризовать квадратичной функцией. Приведем связь коэффициентов параметризации с характеристиками смеси и кинетическими константами. Затем для смеси из трех компонентов решим задачи о выборе порядка разделения и построении области реализуемых режимов с использованием параметризованного представления. Связи между коэффициентами параметризации и характеристиками процессов позволяют выразить искомые условия через состав смеси и кинетические параметры колонн.

• [1] См.: Плановский А. Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: учебник для вузов. М.: Химия, 1987; Бошнякович Ф. Техническая термодинамика; Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты.М.: Химия. 1978; Его же. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. Л.: Химия, 1975; Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примерыи задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1976;Berry R. S. et al. Thermodynamic optimization of finite time processes. Wiley, Chichester, 1999идр.