11. Работа насадочных колонн в различных гидродинамических режимах.

В зависимости от относительной скорости движения газовой и жидкой фаз в насадочном аппарате можно выделить различные режимы его работы.

Пленочный режим реализуется при малых скоростях газа (слабое взаимодействие), что позволяет не учитывать его влияние на пленочное гравитационное течение жидкости.

Режим подвисания наблюдается при увеличении скорости газа, приводящей к торможению внешних слоев жидкой пленки, увеличению ее толщины и количеству удерживаемой жидкости.

Режим захлебывания (эмульгирования) достигается дальнейшим увеличением скорости газа, при которой средняя по толщине скорость пленки стремится к нулю. Наступает инверсия фаз - жидкость заполняет весь свободный объем насадки и становится сплошной фазой, а газ пробулькивает сквозь нее в виде отдельных пузырьков, поэтому этот режим еще называют барботажным.

Режим уноса наблюдается при еще больших скоростях газа, когда жидкость выносится из аппарата, однако этот режим не является рабочим.

Зависимости гидравлического сопротивления насадочного абсорбера Δp_п от фиктивной скорости газа w₀:

12. Построение рабочих линий непрерывной ректификации

Верхняя (укрепляющая) часть колонны:

, где R - флегмовое число,

где m_f – расход исходной смеси; m_w - расход кубового остатка; m_p – расход дистиллята;

Нижняя (исчерпывающая) часть колонны:

Точка пересечения рабочих линий – х=х_f

Построение рабочих линий на диаграмме y – x:

• Строим диаграмму y – x в виде квадрата с диагональю;

• Наносим равновесные данные и строим равновесную линию

• Наносим точки x_P = y_P, x_W = y_W

• Откладываем отрезок на оси ординат и соединяем конец отрезка с точкой (xP, yP).

• Из точки x = x_F строим вертикальную линию до пересечения с построенной прямой, точка пересечения этих линий - точка питания (x_F, y_F); построенная прямая на участке ( x_F, x_P) является рабочей линией верхней части колонны;

• Соединяем точку питания (x_F, y_F) и точку (x_W, y_W), строим рабочую линию нижней части колонны

Рабочие линии расположены ниже линии равновесия.

13. Флегмовое число. Влияние на размер колонны и расход пара.

Флегмовое число ̶ параметр эффективности процесса разделения в концентрационной секции колонны. Оотношение флегмы, которая вернулась в перегонный куб, к количеству полученного дистиллята

Рабочая высота колонны пропорциональна числу теоретических ступеней. Количество действительных ступеней разделения пропорционально числу теоретических ступеней.

При R = ∞:

- Рабочие линии совпадают с диагональю диаграммы, движущая сила процесса Δy=y*-y, Δx=x-x* является наибольшей, а необходимое число ступеней наименьшим.

- Р=0. Отбора дистиллята нет и вся жидкость, полученная в результате полной конденсации паров, возвращается обратно в колонну в виде флегмы. Такой вариант в производственных условиях невозможен.

- С увеличением R возрастает количество жидкости, которое необходимо испарить в кипятильнике. При R = ∞ требуется испарить максимально возможное количество жидкости. Следовательно, в этом случае расход греющего пара наибольший.

R min:

- В какой-либо точке в верхней части колонны движущая сила равна нулю. Например: в точке питания (xF,yF) рабочие линии пересекаются с линией равновесия. Для того, чтобы достигнуть концентраций фаз, соответствующих их составу на питающей тарелке, потребовалось бы бесконечно большая поверхность контакта фаз, т.е. бесконечно большое число теоретических ступеней разделения.

- Разделение возможно только в ректификационной колонне бесконечно большой высоты. При этом расход греющего пара, который при прочих равных условиях пропорционален флегмовому числу, будет наименьшим.

На основании проведенного анализа можно заключить, что с увеличением флегмового числа высот аппарата уменьшается, а расход греющего пара возрастает; возрастает количество орошающей колонну жидкости и диаметр аппарата.