Кинетика массопередачи на провальных тарелках ректификационных колонн

• Автор: Филимонов, Игорь Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 144 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Основные условные обозначения
1. Литературный обзор
1.1. Основные гидродинамические характеристики провальных тарелок
1.2. Массообмен между паром (газом) и жидкостью на провальных тарелках ректификационных и абсорбционных колонн
1.3. Кинетика массопередачи в многокомпонентных смесях
1.4. Расчет процессов ректификации многокомпонентных смесей
1.5. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования
2. Кинетика массопередачи в колоннах с провальными тарелками
2.1. Лабораторная ректификационная установка, методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных
2.2. Оценка кинетических зависимостей для расчета массопередачи на провальных тарелках при ректификации бинарных смесей
2.3. Влияние величины межфазной поверхности на эффективность провальных тарелок
2.4. Массообмен при ректификации многокомпонентных смесей и оценка межкомпонентного взаимодействия
3. Обследование промышленной установки ректификации ксилолов в
условиях ОАО АНХК
3.1. Схема выделения товарного орто-ксилола и анализ работы колонн
3.2. Сравнение гидравлического сопротивления тарелок промышленных колонн с расчетом его по имеющимся зависимостям
3.3. Эффективность провальных тарелок промышленных колонн ректификации ксилолов

4. Разработка программы кинетического расчета тарельчатых
ректификационных колонн и оптимизация установки ректификации ксилолов
4.1. Блок-схема программы кинетического расчета тарелок ректификационных колонн
4.2. Расчет установки ректификации ксилолов и этилбензола при снижении нагрузок по сырью
4.2.1. Изменение конструкции решетчатых провальных тарелок
4.2.2. Изменение схемы синтеза колонн
4.2.3. Изменение давления в колонне
Основные результаты и выводы
Литература
Приложения

Введение
Ректификация является одним из основных процессов химической технологии. С помощью ее осуществляют разделение больших количеств жидких смесей на отдельные компоненты или фракции. На долю ректификации приходится огромный объем капиталовложений и энергетических затрат.
Наиболее распространенными аппаратами для осуществления ректификации смесей являются тарельчатые колонны. Особенность их устройства позволяет применить ступенчатый метод расчета, известный в литературе как метод “от тарелки к тарелке”. В качестве основного элемента в нем вступает одиночная контактная ступень, математическое описание которой включает систему балансовых термодинамических и кинетических уравнений. При этом имеются различные подходы к оценке кинетики массопередачи, отличающиеся разной степенью детализации описания процесса.
Известно, что процессы массообмена между паром и жидкостью протекают на поверхности контакта фаз, которая образована пузырьками и струями пара, каплями и пленками жидкости и трудно поддается определению. Тем не менее разработаны методы измерения межфазной поверхности и выполнены систематические исследования, позволившие установить зависимость поверхности от гидродинамических факторов, конструктивных параметров тарелок и физико-химических свойств систем. Сведения о величине межфазной поверхности и о ее состоянии позволили определить истинные коэффициенты массоотдачи в паре и в жидкости и установить их зависимость от определяющих факторов. В то же время вопросы массообмена в тарельчатых ректификационных колоннах с учетом действительной поверхности контакта фаз обсуждались недостаточно, а использование такого подхода при разработке программ для расчета промышленных колонн вообще отсутствует.
Учитывая громадные масштабы переработки жидких смесей с помощью ректификации, большую металлоемкость аппаратуры и высоки затраты энергии, разработка надежных методов расчета тарельчатых ректификационных колонн и создание соответствующего программного обеспечения следует считать актуальной задачей.

2. Кинетика массопередачи в колоннах с провальными тарелками
Кинетика массопередачи на тарелках ректификационных колонн может быть описана с помощью коэффициентов массоотдачи в паре и жидкости или чисел единиц переноса в паровой и жидкой фазах. Имеющиеся в литературе зависимости для расчета этих величин (1.23, 1.25, 1.26, 1.30, 1.36) позволяют оценить скорость переноса вещества из одной фазы в другую и рассчитать эффективность тарелок. Каждая из этих зависимостей выведена путем обобщения экспериментальных данных, полученных, как правило, на лабораторных или пилотных установках сравнительно небольшого размера и при ректификации ограниченного числа систем. Поэтому очень важно выполнить сопоставление результатов расчета по имеющимся зависимостям и оценить их точность и надежность для расчета промышленных аппаратов.
2.1. Лабораторная ректификационная установка, методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных
Лабораторные исследования были выполнены на установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 2.1.
Установка состояла из куба-испарителя емкостью 180 литров, колонны, собранной из 12 царг диаметром 200 мм, дефлегматора и вспомогательного оборудования. Внутри колонны на расстоянии 400 мм друг от друга были установлены 6 тарелок провального типа. Тарелки толщиной 3 мм были выполнены из нержавеющей стали Х18Н10Т. Они имели отверстия диаметром 4 мм. Доля свободного сечения тарелки составляла 20%. Внутри куба-испарителя располагались 3 трубчатых электронагревателя по 7 кВт и 10 электронагревателей по 2,5 кВт. Трубчатые электронагреватели имели индивидуальное включение, которое позволяло создавать заданную тепловую нагрузку и обеспечивать необходимую скорость пара в колонне. Третья от низа царга имела смотровые стекла, позволяющие наблюдать формирование парожидкостного слоя и картину барботажа жидкости.