Параметрическая чувствительность модели парожидкостного потока

Анализ влияния каждого из параметров модели структуры потока жидкости на эффективность разделения является неотъемлемой частью проверки параметрической чувствительности, предшествующей исследованию любого типа контактных устройств (тарелок) с целью повышения их эффективности.

Результаты параметрической чувствительности приведены на рис. 3.8. Из рисунков видно, что на отношение Пту/лоу ^в разной степени влияют байпасирующий и рециркулирующий потоки, поперечная неравномерность и соотношение зон с различной степенью перемешивания.

Так, например, 10%-й байпас жидкости приводит к снижению эффективности тарелки в 21 раз при абсорбции (Хпоу = 10) и в 1,12−4,4 раза при ректификации (Хтюу ⁼ 1−5) (см. рис. 3.8, в). Изменение доли рециркулирующего потока от 0,01 до 1,0 приводит к снижению эффективности тарелки в 2,8 раза при абсорбции и в 1,5 раза — при ректификации (3.8, б).

Наличие поперечной неравномерности типа Рег = Рез = = Pej/2 при Pej = 9 обусловливает снижение эффективности тарелки в 1,5 раза при абсорбции и незначительно влияет на нее при ректификации (см. рис. 3.8, а).

Наличие зон полного перемешивания на входе и выходе в пристеночной зоне (^ = & ⁼ 0.2) ведет к снижению степени разделения в 7,0 раз при абсорбции, и в 4 раза — при ректификации (см. рис. 3.8, г).

Значительное изменение эффективности тарелки при Хлоу ⁼ = 10 может быть объяснено тем, что основное сопротивление массопередачи сосредоточено в жидкой фазе (абсорбция труднорастворимых газов), а относительно незначительные изменения эффективности тарелки при Хт|оу ⁼ 1−5 объясняются тем, что основное сопротивление массопередачи сосредоточено в газовой (паровой) фазе (абсорбция легкорастворимых газов, ректификация).

Приведенная на рис. 3.7 структурная схема математической модели массопередачи явилась результатом анализа большой серии экспериментальных исследований на тарелках разных конструкций и диаметров. Эти исследования подтвердили наличие зон с разной степенью перемешивания, рециркулирующих потоков у боковых стенок аппарата, движущихся в строго определенном направлении. Наличие в модели всех элементов, определяющих неравномерности в структуре потока жидкости, и строгое их местоположение на тарелке позволяют осуществлять целенаправленное конструирование всех типов тарелок (сит;

Рис. 3.8. Зависимость Лту/ЛОу от различных параметров:

а) от Ре (5_Д1 = 0,6; Е, =^{2 =} 0; ^ ⁼ ?дЗ ⁼ 0.2; к = 0,6; 0=1;/? = 0,01): / - Pej = Ре₂ * = Ре₃, Хлоу = 10; 2 - Ре₂ = Ре₃ = Pej/2, Хлоу = 10; 3 — Ре | = Ре₂ = Ре₃, Хлоу = 5; 4 — Ре₂ = = Ре₃ = Pej/2, Хлоу = 5; 5- Pei = Ре₂ = Ре₃, Ре₂ = Ре₃ = Ре₍/2, Хлоу — 1;

<5) от R ($_д, = 0,6; = $₂ = 0; $_д2 = fa = 0,2; к = 0,6; о = 1):

при Pej = Ре₂ ~ Ре₃ = 9: / - Хлоу = 10; 3- Хлоу «5; при Ре| =9, Ре₂ = Ре₃ = 4,5: 2 — Хлоу «10; 4 — Хлоу * 5; при Ре| = Ре₂ = Ре₃ = = 9; Ре| = 9; Ре₂ = Рс₃ = 4,5: 5- Хлоу = I;

• в) от (1-о) при 4_Д] = 0,6; $| = ?₂ ⁼ 0; $_д2 = ?_д3 = 0,2; к = 0,6; R = 0,02; Pe_t = Ре₂ = Ре₃= = 9: / -Хлоу- 10; 2 -5; 3- 1;
• г) от доли объема ячейки полного перемешивания при R = 0,01; Ре| = Ре₂ = Ре₃= 9; к ^ш = 0,6; а = 1; $_д2 = $_д3 = 0,2: 1 — Хл_0у — 10; 2-5; 3 — 1

чатых, клапанных, колпачковых и т. д.). Методика конструирования (на примере ситчатой тарелки) дана ниже. Наличие зависимостей параметров модели структуры потока жидкости для каждого типа тарелок от режимов работы позволяет использовать концепцию реальной ступени разделения в проектных расчетах ректификационных колонн, снабженных любым типом тарелок, а также при синтезе схем разделения.

Анализ параметрической чувствительности позволяет сделать вывод о том, что наибольшее влияние на степень разделения, особенно в случае абсорбции труднорастворимых газов, оказывают байпасирующий поток и доля зон полного перемешивания в пристеночной зоне. Поэтому при конструировании тарелок следует искать пути снижения указанных выше явлений. Поперечная неравномерность и доля рециркулирующих потоков в меньшей степени влияют на степень разделения, однако при строго определенном расположении на полотне тарелки ее элементов (клапанов, колпачков, секционирующих перегородок и т. п.) необходимо добиваться уменьшения доли рециркулирующих потоков и поперечной неравномерности.