Влияние периода пульсации и времени пребывания жидкости на тарелке на режим работы ректификационной колонны

Для исследования динамического поведения нестационарной ректификации может быть использована квазидинамическая модель, в соответствии с которой для каждого момента времени рассчитывается значение расхода жидкости и пара на каждой из тарелок колонны, а расчет составов дистиллята и кубового продукта для заданных условий разделения проводится с учетом статической модели процесса ректификации, учитывающей реальное распределение потоков пара и жидкости в виде комбинированной модели.

Если предположить, что мольные потоки постоянны, и пренебречь в паровом потоке запаздыванием, то уравнения для потоков пара и жидкости, поступающих на /'-ю тарелку и покидающих ее, имеют вид

(4.45).

При нестационарной подаче флегмы жидкость поступает на верхнюю тарелку в виде прямоугольной волны с периодом, равным Т

Уравнение для расчета величины расхода жидкости имеет вид.

С учетом (4.45), (4.46) можно получить выражение для расчета величины расхода жидкости, покидающей /-ю тарелку, для моментов времени t = Т/2 и / = Т:

Изменение расхода жидкости на каждой из тарелок колонны, как видно из (4.47), зависит от средней нагрузки по жидкости Ф_ср, величины приращения расхода жидкости ДФ и периода ее пульсации Т. Значение периода пульсации в свою очередь определяет эффективность процесса ректификации при периодической подаче флегмы.

Рассмотрим два предельных случая, когда период пульсации стремится к нулю и к бесконечности. Введем в рассмотрение приращение нагрузки по жидкости, поступающей на /'-ю тарелку, которая с учетом (4.47) имеет вид.

Таким образом в предельных случаях процесс с периодической подачей флегмы (жидкости) приближается к режиму со стационарной подачей жидкости.

Уравнения (4.47) позволяют рассчитать нагрузку по жидкости для каждой из тарелок колонны при t = Т и / = Т/2 в зависимости от отношения периода пульсации ко времени пребывания жидкости на тарелке (рис. 4.21).

Эти же уравнения позволяют определить номер тарелки, для которой изменение расхода жидкости по сравнению с Ф_ср несущественно. Задавшись значением ДL (t = 7/2) = 0,05ДФ, получим номер тарелки, для которой приращение нагрузки по.

Рис. 4.21. Изменение расхода флегмы по тарелкам:

1- Г= 80 с; 2- 160; 3- 240.

Рис. 4 22. Зависимость числа тарелок от периода пульсации Т 1 — при ч , 2 — при Т2, 3 — при 1} (т| > t2 > tj).

флегме AL составляет 5% от ДФ. Для этого прологарифмируем выражение

откуда

причем номер тарелки зависит от периода пульсации Т и времени пребывания жидкости на тарелке, которое в свою очередь для заданной колонны зависит от Ф_ср (рис. 4.22).

Кроме определения номера тарелки, на которой затухают колебания, были определены зависимости для расчета уровня слоя жидкости на /-й тарелке для / = 7/2.

Выражение для описания уровня жидкости на /-й тарелке имеет вид где Тогда.

Рис. 4.23. Классификация основных принципов интенсификации процессов разделения в промышленных массообменных аппаратах и технологических схемах.

ZZZ.

Рис. 4.24. Состав математического обеспечения при конструировании и проектировании массообменных аппаратов и технологических схем

В результате можно записать следующее выражение для описания уровня жидкости на /-й тарелке:

^{где с≠}Л (Пу. ^:

i = 1,2,…, п- номер тарелки (расчет ведется с верха колонны).

В приведенных выше уравнениях были использованы следующие обозначения:

Hi — уровень жидкости на /-й тарелке; L&|, L_t — потоки жидкости, поступающей на /-ю тарелку и покидающей ее соответственно, м³/ч; У, — потоки пара, поступающего на /-ю тарелку и покидающего ее соответственно, м³/ч; Lq — поток жидкости, поступающей на верхнюю тарелку, м³/ч; N — номер тарелки; п — число тарелок; S — площадь тарелки, м²; / - текущее время, с; Т — период пульсации, с; т — постоянная времени, равная суммарному времени пребывания жидкости на тарелке и в сливном устройстве, с; Ф — расход жидкости, м³/ч.

На рис. 4.23 приведена предложенная авторами классификация основных принципов интенсификации процессов разделения в промышленных массообменных аппаратах и технологических схемах, которые применимы главным образом для массообменных аппаратов, снабженных барботажными тарелками с переливом. На рис. 4.24 дан состав математического обеспечения, необходимый при конструировании и проектировании промышленных аппаратов и схем химической технологии.