14.3.1.Розрахунок робочего флегмового числа.

,

де x_f - задана сполука рідкої фази потоку живлення;

y_f - відповідний йому рівноважна сполука парової фази потоку харчування.

Робоче флегмове число знаходять зі співвідношень:

R=1,3*R_min+0,3

або

R=σ* R_min,

де σ =1,2-2,5 - коефіцієнт надлишку флегми.

14.3.2.Рівняння робочої лінії верхньої (зміцнювальної) частини колони.

(1)

де y, x - сполуки парової й рідкої фаз верху колони, молярні частки; x_д - сполука дистиляту.

Позначимо: .

14.3.3.Рівняння робочої лінії нижньої (вичерпної) частини колони.

(2)

де .

Позначимо: ;

14.4. Побудова робочих ліній процесу ректифікації

• 1 - Рівноважна лінія процесу ректифікації;

• 2 - Лінія рівних концентрацій парової й рідкої фаз компонента А в колоні.

• Сполуки парової й рідкої фаз у верхній і нижній частинах колони рівні, тобто відповідають лінії 2.

• По x_д знаходять крапку С.

• По x_к знаходять крапку А.

• По x_f проводять вертикаль.

• По осі y відкладають величину зі співвідношення (1) і одержують крапку D.

Одержують крапку М на перетинанні СD з вертикаллю від x_f

• Одержують СМ - робочу лінію верху колони.

• Проводять МА - робочу лінію низу колони.

14.5. Діаграма «Робоча лінія-лінія рівноваги»

процесу ректифікації.

• 1 - рівноважна лінія процесу бінарної ректифікації;

• 2 - Лінія рівних концентрацій у паровій і рідкій фазах

• Лінія СМ – робоча лінія верху колони з параметрами: ;

• Лінія МА - робоча лінія низу колони з параметрами:

; ; .

Аналіз діаграми «Робоча лінія - лінія рівноваги».

• По діаграмі визначають наступні параметри:

• Число щаблів поділу, число теоретичних тарілок n_т і число реальних тарілок , де η - к.п.д. тарілки.

• Рушійну силу процесу в будь-яких крапках колони:

, , що відповідає напрямку масопередачі , і .

• Рушійні сили залежать:

• від режимних параметрів процесу, що визначають положення рівноважній кривій (Р и θ);

• від x_f , x_д, x_к - визначальне положення робочої лінії процесу;

від R=G_фл/G_д й , тобто від G_фл, G_д, G_f;

• від теплових параметрів G_f.

• Необхідну рушійну силу процесу ректифікації можна забезпечити:

• стабілізацією режимних параметрів Р або θ;

• стабілізацією параметрів потоку живлення G_f й θ _f;

• стабілізацією або зміною флегмового числа R=G _фл /G_д .

14.6. Об'єкт управління.

Схема ректифікаційної установки.

1. - ректифікаційна колона; 2 - підігрівник потоку живлення;

1. - кип'ятильник; 4 - конденсатор (дефлегматор); 5 - флегмова ємність.

14.7. Опис установки.

Об'єкт управління - ректифікаційна установка для виділення з вихідної рідкої суміші цільового компонента в складі дистиляту.

Процес масопередачі відбувається на тарілках зміцнювальної (верхньої) і вичерпної (нижньої) частин колони в результаті взаємодії рідкої й парової фаз, що рухаються в колоні протитечією.

Рушійна сила - різниця між рівноважною й робочою концентраціями цільового компонента в рідкій або паровій фазі: і відповідно.

Робота установки.

Вихідна суміш G_п (G_xf) нагрівається в підігрівнику потоку живлення 2 до температури кипіння θ_п⁰ і подається в колону 1 на тарілку харчування (i=f).

Вихідна суміш стікає по тарілках нижньої частини колони у вигляді рідинного потоку G_x у куб колони, беручи участь у масообмінному процесі з паровим потоком G_y.

З куба колони виводиться кубовий продукт G_куб. Частина кубового продукту подається в кип'ятильник 3, де випаровується з утворенням парового потоку G_y0 , що подається в низ колони.

Паровий потік піднімається нагору колони, контактуючи з рідким потоком і збагачуючись цільовим компонентом.

Збагачений цільовим компонентом паровий потік G_yn виводиться з верху колони й подається в дефлегматор 4, де конденсується.

Конденсат збирається у флегмовій ємності 5. Зі збірника флегми відбирається два потоки:

• потік дистиляту G_д - цільовий продукт;

• потік флегми G_фл - рідка фаза, використовувана для зрошення верху колони.

Показник ефективності процесу с_д - концентрація дистиляту.

Ціль управління процесом - забезпечення сд. =с_д^зд_.

Лекція 15. Автоматизація процесу ректифікації (ч.2).

15.1. Структурна схема ректифікаційної установки.

15.2. Математичний опис низу колони.

15.2.1. Структурна схема куба і кип'ятильника.

15.2.2. Тепловий баланс низу колони ( _н =  ₀).

15.2.3. Матеріальний баланс по всій речовині.

15.2.4. Матеріальний баланс по легколетучому компоненті.

15.2.5. Інформаційна схема низу колони.

15.3. Математичний опис верху колони.

15.3.1.Структурна схема дефлегматора із флегмовою ємністю.

15.3.2.Матеріальний баланс по всій речовині.

15.3.3.Матеріальний баланс по цільовому компоненту.

15.3.4.Тепловий баланс верху колони ( _в = _н).

15.3.5. Баланс по паровій фазі.

15.3.6. Інформаційна схема верху колони.

15.4. Математичний опис підігрівача потоку живлення.

15.4.1.Тепловий баланс.

15.4.2.Інформаційна схема підігрівача потоку живлення як об'єкта управління _п^{0 .}

15.5. Типова схема автоматизації процесу ректифікації.

15.6.Типове рішення автоматизації процесу ректифікації.

15.1. Структурна схема ректифікаційної установки.

15.2. Математичний опис низу колони.

15.2.1. Структурна схема куба і кип'ятильника.

Рис.2.

15.2.2. Тепловий баланс низу колони ( _н =  ₀).

• Рівняння динаміки:

(1)

• Рівняння статики:

G_гр r_гр + G_х1 C_рх1_х1 = G_y0 r_k + G_kC_pk_н (1)

• На підставі (1) і (2) можна вважати:

_н = f (G_гр, G_к ).

• Кращий керуючий вплив G_гр .

• 15.2.3. Матеріальний баланс по всій речовині.

• Рівняння динаміки :

(1)

• Рівняння статики :

G _x1 = G _k + G _y0 (2)

де ρ _k - щільність кубової рідини , кг/м³;

S _k - перетин куба колони, м² ;

h _k - рівень кубової рідини, м;

G _x1 , G _k , G _y0 - масові витрати потоків у кубі колони.

• На підставі (1) і (2) можна вважати:

h _k = f(G _k ,G _y0 ).

• Кращий керуючий вплив G_k .

15.2.4. Матеріальний баланс по легколетучому компоненті.

• Рівняння динаміки:

(3)

• Рівняння статики:

G _x1 C _x1 = G _k C _до + G _y0 C _y0 (4)

• Основні допущення:

• Кип'ятильник з повним випаром, тобто C _y0=C _x0;

• Тепловий баланс кип'ятильника:

• Позначення:

М₀ - маса рідини в нижній частині колони, кг;

r _гр - питома теплота конденсації пари, дж/кг;

r _k - питома теплота випару кубової рідини, дж/кг.

• На підставі (3) і (4) можна записати:

.

• Кращий керуючий вплив G_гр .