Разделение бикомпонентной смеси в ректификационной установке непрерывного действия с пакетной вихревой насадкой

• Автор: Ворошин, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Обзор существующих массообменных устройств ректификационных колонн

1.2 Расчет процесса ректификации бинарных систем

1.3 Математическое описание процесса ректификации

1.4 Моделирование ректификационных установок

1.5 Математические модели процесса ректификации бинарных систем 34 Выводы по литературному обзору

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Описание схемы экспериментальной установки

2.2 Описание конструкции экспериментальной установки
2.3 Описание пакетной вихревой насадки
2.4 Методика проведения исследований
ГЛАВА III. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ
ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Гидродинамика процесса ректификации
4.2 Тепло - и массообмен в ректификационной колонне с пакетной вихревой насадкой
ГЛАВА V. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Ъ — ширина ячейки пакетной вихревой ячейки, м;
Св — удельная теплоемкость дистиллята, Дж/(кгК);
С„ — удельная теплоемкость кубового остатка, Дж/(кг-К); Ср— удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/(кг-К); С/ин - динамический коэффициент трения;
С/- коэффициент трения пара о пленку жидкости;
О - количество дистиллята, кг/ч;
Втж— коэффициент продольного перемешивания, м2/с; Е]у —эффективность куба;
F - количество исходной смеси, кг/ч;
/- номер тарелки питания;
С/у- количество пара на выходе из колонны, кг/ч;
С, — количество пара на 1-ой тарелке, кг/ч;
С - расход пара, кг/ч;
Й/У+/ — энтальпия флегмы, Дж/кг;
/у - энтальпия питания, Дж/кг;
Ны - энтальпия пара на выходе из колонны, Дж/кг;
Ниг - энтальпия пара кубового остатка, Дж/кг;
Нк - высота колонны, м;
Н— энтальпия пара, Дж/кг;
И - энтальпия жидкости, Дж/кг;
Нцас— высота ячейки пакетной вихревой насадки, м;
Яед- высота единицы переноса, м;
/ - количество тарелок, шт;
у - массовый поток сконденсировавшегося пара, кг/м2-с; 1,н+/- количество флегмы, кг/ч;

Ц - количество жидкости на 1-ой тарелке, кг/ч;
1Ж - длина пути, проходимая жидкостью, м;
1Т—длина пути жидкости на тарелке, м;
/, - высота сепарационного пространства над 1-ой тарелкой, м;
/;, 12 - интервалы в ячейке полного перемешивания, м;
Ь - расход жидкой фазы, кг/ч;
ЬР - расход жидкой фазы исходной смеси, кг/ч;
Ьр> - расход жидкости дистиллята, кг/ч;
Ь№- расход жидкости кубового остатка, кг/ч;
Ц - корректированный расход жидкой фазы, кг/ч;
МI - молярная масса легколетучего компонента, кг/кмоль;
М2 - молярная масса инертной фазы, кг/кмоль;
Ы0у - общее число единиц переноса;
#7- - число тарелок, пгг; п - число тарелок, шт;
Ре - диффузионный критерий Пекле;
- количество тепла, подводимое к кубу колонны, кВт;
С)к — расход теплоты, получаемой в кубе - испарителя, кВт;
бд - расход теплоты, отдаваемый в дефлегматоре при конденсации паров
воды и спирта, кВт;
q - доля высоты колонны;
- тепловой поток от пара к жидкости, Дж/м2 с;
Я - флегмовое число;
гв- удельная теплота конденсации дистиллята, Дж/кг; г„- удельная теплота конденсации кубового остатка, Дж/кг;
Яеж - критерий Рейнольдса жидкости;
Яеп - критерий Рейнольдса пара;
5 — площадь поперечного сечения слоя жидкости, м2;
характерно наличие параметров, величины которых определяются эмпирическими соотношениями, получаемыми экспериментально или в процессе моделирования конкретной установки ректификации [98].
Из множества математических методов моделирования объектов управления для реализации процесса формирования качества наибольший интерес представляют теоретические методы, базирующиеся на математических описаниях механизмов протекающих процессов. Такие модели обладают хорошими прогностическими возможностями в широких диапазонах изменения свойств объектов переработки и режимных параметров технологических процессов. Недостатки же состоят в том, что, как правило, эти модели в процессе реализации представляют недостаточно точные результаты. Тем не менее, в ряде случаев удается достичь требуемой точности. При описании, например, процессов тепло- и массопереноса возможны определение и регулярная корректировка коэффициентов диффузии, тепло- и массоотдачи путем решения обратных задач переноса на базе контрольных значений промежуточных параметров качества и режима.
Ниже представлены 4 основные модели математического описания процесса ректификации бинарных систем [33-36,54-56].
Модель I: Основой составления модели служит уравнение
материального баланса. Уравнение математической модели дополняется также уравнениями материального и теплового балансов обеих частей колонны.
Так как теплосодержание флегмы может отличатся от теплосодержания, соответствующего ее температуре кипения то температура орошения должна быть задана из исходной информации. Теплосодержание питания определяется с учетом его фазового состояния. Питание подается или в жидкой фазе при температуре кипения или в паровой фазе, или в виде парожидкостной смеси.
При выводе уравнений модели приняты следующие допущения: