3.3.4. Коэффициент усиления, коэффициент полезного действия тарелок

Разделительное действие одной реальной обменной тарелки всегда ниже одной теоретической ступени разделения в диаграмме равновесия. Для характеристики разделительного эффекта реальной обменной тарелки служит показатель, имену­емый коэффициентом усиления s (или КПД тарелки).

Коэффициент усиления s показывает отношение действительного разделитель­ного действия TW^ к теоретически оптимальному разделительному эффекту TW_th обменной тарелки. То есть s = TW^/TW_th.

Коэффициент усиления s реальной обменной тарелки находится в диапазоне от 0,5 до 0,9.

Число обменных тарелок /V, необходимое для решения конкретной задачи раз­деления, вычисляется путем деления теоретического числа ступеней разделения NTS на коэффициент усиления 5: N= NTS/s.

Пример: При требуемом теоретическом числе ступеней разделения 4 для реше­ния конкретной задачи и коэффициенте усиления 0,8 обменных тарелок количес­тво обменных тарелок N должно быть: N= 4/0,8 = 5.

3.3.5. Флегмовое число

В верхней части разделительной колонны пар конденсирует и затем частично воз­вращается на самую верхнюю тарелку колонны, а другая его часть в виде низкоки-пящего головного продукта выгружается из ректификационной колонны.

Отношение возвратного потока R (флегмы) к потоку выгружаемого продукта £ называют флегмовым числом г. Это весьма важный рабочий параметр раздели­тельной ректификационной колоны.

Флегмовое число = возвратный поток / поток продукта; г = R/E.

Если флегмовое число г= 0, то весь головной конденсат выгружается в виде про­дукта и никакого возврата в разделительную колонну не происходит. Разделительное действие такой колонны обеспечивается исключительно одним только испарителем.

При /•= оо весь головной конденсат в полном объеме возвращается в раздели­тельную колонну. Тогда разделительное действие такой колонны является макси­мальным — с полным отсутствием какого бы то ни было продукта.

Минимальное флегмовое число r_min характеризует возможный вариант разделения с использованием одной колонны с бесконечным числом ступеней разделения.

На практике используются ректификационные колонны с флегмовым числом в диапазоне между r_min и х (см. таблицу Х.2). Выбирается обычно флегмовое число, минимально возможное для решения конкретной задачи разделения.

3.3.6. Определение числа ступеней разделения

Ректификационная колонна с притоком в нижней части колонны

При полном возврате (/■= х) получается теоретическое число ступеней разделения для задачи из ступенчатой зоны между диагональю и кривой равновесия (рис. Х.53).

При удалении головного продукта из колонны (г ^=сс) ухудшается ее раздели­тельное действие, так что для выполнения идентичной задачи требуется уже боль­шее число теоретических ступеней. Тогда определение теоретического числа cry-п еней разделения для решения конкретной задачи осуществляется в диаграмме равновесия с использованием ступенчатой зоны между нагрузочными прямыми и кривой равновесия (рис. Х.53). Крутизна нагрузочной прямой зависит от флегмо-вого числа. При большом флегмовом числе (минимальном отборе головного про­дукта) нагрузочная прямая почти вплотную прилегает к диагонали, при малом флегмовом числе (высоком отборе головного продукта) она проходит выше и до­статочно далеко от диагонали. При r_min эта прямая тянется через точку пересечения Хр/кривая равновесия.

Пример: Требуется определить теоретическое число ступеней разделения для обогащения смеси с 20 % до 80 % низкокипящего компонента, причем один раз работа ведется с большим флегмовым числом (красная нагрузочная прямая), а дру­гой раз — с малым флегмовым числом (голубая нагрузочная прямая).

Для большого флегмового числа (красная прямая) ступенчатая линия дает: NTS= 6.

Для малого флегмового числа (голубая прямая) ступенчатая линия дает: NTS= 9.

В практических условиях по соображениям экономии работа ведется обычно с ми­нимально допустимым флегмовым числом, позволяющим выполнить конкретную за­дачу разделения в имеющейся установке (с постоянным числом обменных тарелок).

При подаче исходной смеси в нижней части ректификационной колонны (рис. Х.53) смесь — начиная от исходного состава — обогащается (усиливается) низкокипящим компонентом в соответствии с высотой разделительной колонны. Последняя действует как чисто концентрационная (укрепляющая) колонна. В ниж­ней ее части находится подвергнутая простой дистилляции исходная смесь.

Ректификационная колонна с притоком в средней части

Если исходную смесь требуется разделить на низкокипящий компонент (головной продукт) и высококипящий (продукт, уходящий из низа колонны), то эту смесь лучше подавать в средней зоне колонны (рис. Х.54). Тогда в нижней ее части будут удаляться низкокипящие компоненты (отгонная колонна), а в верхней — про­должать концентрироваться высококи-пящие компоненты (концентрационная колонна).

Разделительная колонна с притоком смеси в средней зоне имеет в диаграмме равновесия прямую отгонки и прямую концентрации (рис. Х.54). Число теоре­тических ступеней разделения определя­ют в зоне между одной из этих прямых и кривой равновесия — начиная от точки пересечения кривой равновесия с х_р