Алгоритм расчета кинетики массопередачи

При расчете реальных ступеней разделения ректификационных и абсорбционных колонн для описания процесса массопередачи используют уравнения связи эффективности тарелки с параметрами модели парожидкостных потоков (уравнение (3.45)). Величина локальной эффективности, входящая в эти уравнения, служит для характеристики кинетики массопередачи и может быть определена разными способами. В большинстве случаев коэффициент массопередачи может быть определен через коэффициенты массоотдачи в паровой и жидкой фазах с последующим определением локальной эффективности и получением критериальных урав нений.

В ряде работ Ю. Комиссарова с сотрудниками локальная эффективность определялась путем сравнения на ЭВМ теоретического и экспериментального профилей концентрации жидкости в процессе абсорбции либо данных действующей ректификационной колонны. Алгоритм расчета локальной эффективности предусматривает минимизацию среднеквадратичного отклонения теоретического и экспериментального профилей концентраций либо совпадение расчетного и действительного чисел тарелок при известных режимных и технологических параметрах верха, низа и питания колонны (параметры модели структуры потока жидкости тарелок известны) Был проведен расчет на ЭВМ локальных эффективностей для смеси этан — этилен — пропилен в производстве концентрированного этилена.

Анализ экспериментальных результатов показал, что профиль локальных эффективностей по высоте колонны может быть описан следующей зависимостью:

где / = 1,2,…, N- число тарелок;у = 1,2,…, п — число компонентов.

Алгоритм расчета постоянных коэффициентов Априведен на рис. 4.6.

Рис. 4. б. Алгоритм расчета коэффициентов ^ и ^.

Расчет локальных эффективностей предусматривает использование данных действующего производства (состав верха и низа колонны, режим работы по жидкости L и пару V, число и тип тарелок) и осуществляется по следующему алгоритму:

• 1. задается начальное приближение по щ_уу в пределах от О до 1;
• 2. осуществляется потарелочный расчет, начиная с куба колонны, при этом принимается, что кипятильник работает как полный испаритель; тогда концентрация пара, поступающего из куба на первую тарелку, составит:

• 3. с учетом известных паровых и жидкостных потоков рассчитывается состав жидкости, стекающей с /-й тарелки;
• 4. задается начальное приближение по температуре Г;
• 5. рассчитываются зависимости Ру =j[T^) по уравнению Антуана;
• 6. рассчитываются коэффициенты активности у у =J[A, j, Т,) по уравнению Вильсона;
• 7. определяется концентрация пара /-го компонента, равновесного с концентрацией жидкости ;
• 8. проверяется условие — 1<�е, в противном случае

корректируется начальная температура и расчет повторяется с п.5;

9. определяется фактор диффузионного потенциала Лу

• 10. определяется КПД тарелок (т]_ту), установленных в колонне, при известных для них параметрах структуры потока жидкости по уравнению (3.45);
• 11. определяется состав пара на й тарелке по формуле:

12. расчет повторяется с п. 2 до тех пор, пока концентрация пара, поступающего на верхнюю тарелку, не станет равной у_в (концентрация дистиллята).

Критерием окончания расчета щ, у является равенство расчетного и действительного числа тарелок при заданных концентрациях верха, низа и питания. В противном случае производится коррекция начального приближения щ_уи в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 4.6, и расчет повторяется с п. 2 до тех пор, пока рассчитанное число тарелок не совпадет с заданным.

Так, в частности, в результате расчета по приведенному алгоритму были получены следующие значения коэффициентов для системы этан (1) — этилен (2) — пропилен (3) (индексы при коэффициентах):

При этом в качестве исходных для расчета использовались экспериментальные данные состава действующего производства (мольн. доли):

Расход сырья в данном случае составлял 603 кмоль/ч; отбор кубового остатка — 140 кмоль/ч; расход флегмы — 2361,3 кмоль/ч.

Приведенный выше алгоритм расчета позволяет освободить исследователя от рутинной экспериментальной работы по определению коэффициентов массоотдачи для паровой и жидкой фаз и статистической обработки результатов исследований в виде критериальных уравнений.