Ректификация-дефлегмация
В абсорбционных машинах для тех смесей «агент-абсорбент», которые требуют обязательного применения системы «очистки» пара, т. е. повышения концентрации XD, применяют комплексный процесс ректификации-дефлегмации.
Интенсификация процесса ректификации-дефлегмации способствует уменьшению размеров (металлоемкости) всего ректификационного устройства, уменьшению дополнительного тепла генерации для осуществления процесса ректификации-дефлегмаци, а также понижению необратимости процессов в РТО-Р. Таким образом одним из направлений в совершенствовании абсорбционных машин является выбор схемного решения термохимического компрессора с учетом присутствия в нем «ректификатора-дефлегматора».
Простейший ректификатор-дефлегматор состоит из ректификатора и дефлегматора, охлаждаемого внешней охлаждающей средой, т. е. в термохимическом компрессоре имеет место один восходящий поток крепкого раствора (из абсорбера в генератор) и один нисходящий поток слабого раствора (из генератора в абсорбер). Такая схема термохимического компрессора известна в научной литературе как «двухпоточная».
Э. Альтенкирх в 1930-ых годах предложил и обосновал теоретически необходимость охлаждения дефлегматора одновременно внешней охлаждающей средой и крепким раствором - рис.2.11а. В дальнейшем эта идея была совершенствована путем использования в системе охлаждения дефлегматора только части крепкого раствора (рис.2.116), который направляется в дефлегматор из абсорбера, минуя РТО-Р. При такой схеме тепло дефлегмации возвращается генератору в процессе регенерации тепла между флегмой, направляющейся в генератор после дефлегматора, и паром, поступающим из генератора в дефлегматор. Кроме того, разделение потока крепкого раствора на части способствует повышению обратимость процесса регенерации тепла в РТО-Р за счет выравнивания полных теплоемкостей потоков.
JrVs ТрЬііз д щ |
Рис.22.11. Абсорбционная машина с ректификатором-дефлегматором: а) охлаждение дефлегматора полным потоком крепкого раствора путем теплообмена; б) охлаждение дефлегматора частью крепкого раствора путем теплообмена; в) охлаждение дефлегматора частью крепкого раствора пугем тепломассообмена |
Тгор^: |
ТП |
РТО-Р 2' |
Ч |
||
6 |
- - -- I - ]Г |
|
_ --- ----- |
4'^Xr |
Дв |
Г* |
А) |
Частью потока с тепло - и массообменом |
Способ охлаждения дефлегматора |
Холодным крепким раствором ^^ |
Внешней охлаждающей средой
ПОЛНЫМ потоком с теплообменом
Без Донасыщения в абсорбере |
Без взаимосвязи с системой охлаждения абсорбера |
Донасыщением |
Частью потока с теплообменом |
Со взаимосвязью с системой охлаждения абсорбера
Рис.22.12. Системы охлаждения дефлегматора
В дальнейшем, путем теоретических и экспериментальных исследований Б. М.Блиер доказал, что оптимальный вариант как для проведения процесса дефлегмации, так и регенеративного теплообмена в РТО-Р соответствует случаю разделения потока крепкого раствора на части: (/-/) кг/кг и 1 кг/кг. В этом случае тепловые балансы аппаратов записываются в виде:
• РТО-Р
(/ - l\h2-h3) = {f-lXhj~h4), (22.26)
• дефлегматора
K-h^ihr-h^ + q^, (22.27)
Где величина q%cp соответствует теплу дефлегмации, отводимому внешним источником охлаждения.
Следующим этапом совершенствования системы дефлегмации-ректификации является замена процесса теплообмена в дефлегматоре (между крепким раствором, находящимся в змеевике охлаждения дефлегматора, и паром из генератора) на процесс тепломассообмена - рис.22.11в.
Получение флегмы с наиболее высокой концентрацией поверхностного слоя возможно путем подачи части крепкого раствора сначала в змеевик охлаждения, а затем непосредственно в нижнюю часть дефлегматора. При этом тепло дефлегмации возвращается генератору. Флегма высокой концентрации позволяет организовать адиабатный тепломассообмен в ректификаторе, максимально повышая обратимость процесса собственно ректификации. Результат этого - экономия тепла генерации (греющего источника) и уменьшение поверхности тепломассообмена ректификатора (капитальных затрат).
Рассмотрим совместный процесс ректификации-дефлегмации с использованием графического метода. В этом случае теоретический полюс очистки (7г, ш„) лежит на пересечении изотермы, соответствующей началу процесса кипения крепкого раствора в генераторе (точка 1 * на рис. 22.8). В этом случае:
• тепло генерации (qr) и тепло дефлегмации (дд-qp) минимальные по сравнению с использованием только дефлегмации (рис.22.8) или только ректификации (рис.22.9);
• количество ректификационных тарелок минимальное.
На рис.22.12 изображена логическая структура различных систем охлаждения дефлегматора. На основании многочисленных экспе-
Риментальных данных, полученных в ОГАХ под руководством Б. А. Минкуса, доказано, что перспективным направлением в совершенствовании схемно-цикловых решений абсорбционных машин, использующих процесс ректификации, является правая ветвь в структуре, которая дает возможность совершенствовать процесс ректификации - дефлегмации во взаимосвязи с процессом абсорбции - рис.22.13.