разное

Ректификация

Еще одним методом повышения концентрации XD является ректификация — разделение смеси при соприкосновении жидкости и пара, не находящихся в состоянии равновесия, т. е. имеющих различ­ные температуру и концентрацию. Ректификация - тепломассооб- менный процесс. В результате теплообмена пар охлаждается, в резуль­тате массообмена - обогащается агентом («теряет» абсорбент).

Ректификатор абсорбционных машин подобен ректификацион­ным (разделительным) колоннам, широко используемым в химичес­кой промышленности. Процесс ректификации может проходить непрерывно в насадочной колонне или ступенчато - в тарельчатой колонне. Тарельчатые колонны обычно применяют в машинах боль­шой производительности. Расчет ректификатора сводится к определе­нию количества ректификационных тарелок, необходимых для осу­ществления процесса при известных состояниях в начале и конце процесса. При использовании насадочных ректификаторов исполь­зуют понятие условное число тарелок, которое соответствует высоте насадки, при этом методика определения числа ректификационных тарелок не изменится.

Для расчета ректификатора М. Поншон (Франция) в 1921 году предложил графический метод анализа взаимного расположения коннод (линий сечения - линий в диаграмме h-X, связывающих началь­ное и конечное состояние) и изотерм в области влажного пара. Этот метод дает возможность определить необходимое число ректифи­кационных тарелок, определить направление процесса ректификации и оценить степень его необратимости. Этот метод известен как РоясАон-метод - рис.22.9б.

Предположим, что величина XD известна. Таким образом известно положение точки 5 (насыщенный пар при XD и рк).

Продолжим изотерму Т2 в область перегретого пара до ее пере­сечения с линией XD и определим теоретический полюс ОЧИСТКИ жтіп, который будет соответствовать бесконечно большому числу ректифи­кационных тарелок. Действительный полюс очистки ж располагается выше теоретического Жтіп. В реальных условиях эксплуатации поло­жение действительного полюса очистки ж определяется путем оптими­зационных расчетов. Существует и более простой метод определения ж при использовании понятия КПД ректификатора

Где 77р=0,9...0,98 (например, для процесса ректификации в абсорб­ционных холодильных машинах со смесью NH3-H20 в качестве рабочего вещества).

Графический метод определения числа ректификационных тарелок. Через точку ж и 2" проводят прямую до пересечения с ниж­ней пограничной кривой насыщенной жидкости при давлении рк (=Рг) и определяют положение вспомогательной точки а/. Отрезок ж-а/ называют коннодой или прямой очистки. Точки 2"' и а/ характери­зуют состояние пара и жидкости на ректификационной тарелке по пути движения пара. Далее через точку а/ проводят изотерму Т. и

Получают точку я/'. Через полюс очистки ж и точку aj" проводят следующую конноду, которая будет соответствовать второй ректифи­кационной тарелке. Построения продолжают до тех пор, пока очередная коннода не попадет в область точки 5. Идеальный случай - полное соответствие последней конноды линии XD. Число построен­ных коннод соответствует числу ректификационных тарелок.

Порядок определения тепла генерации с учетом наличия рек­тификатора соответствует случаю, представленному на рис.22.86. Теп­ловой баланс абсорбционной машины с ректификатором записывается как

Qr+qq+ (% ) = Як+Ял+Яр> (22.23)

Где qP=hrr-h5.

Видно, что при использовании исключительно ректификатора необходимо затратить большее количество тепла на обогрев генерато­ра по сравнению с использованием только дефлегматора. В связи с этим, применение исключительно ректификатора в современных аб­сорбционных машинах не встречается. Наиболее часто ректификатор и дефлегматор используются совместно.

Кроме графического, существует и аналитическое описание процесса ректификации. Поскольку процесс ректификации является адиабатным, т. е. происходит без контакта с внешними источниками тепла, то dQ-О. Представим элемент колонны между произвольными сечениями «1-1» и «2-2» (рис.22.10). Если бы процесс массообмена

Рис.22.10. Энтропийные потоки в ректификационной колонне

* / ♦

XJ\ fy Xn1

$жі h)Ki S„i hn1

Был обратимым, то суммарная энтропия потоков, поступающих к рассматриваемому элементу, была бы равна суммарной энтропии потоков, выходящих из данного элемента. При необратимом процессе суммарная энтропия выходящих потоков должна быть больше на Sgen, p- Таким образом, получаем

&£п2 + (piS^ SjSni + <Р2Бж2 + Sge„wP, (22.24а)

Где S, (р - удельное количество пара и жидкости соответственно, отне­сенные к единице конечного продукта (пара при концентрации XD).

Величина Sgenip представляет производство энтропии внутри ректификатора между условными сечениями «1-1» и «2-2», происхо­дящее в течение того времени, которое необходимо для получения единицы конечного продукта. После преобразований ур.(22.24а) запи­шем как

Sgen, p = (&2$п2 - ^ж2)~ (SjSn} - ф£ж2) — S2 — Sj, (22.246)

Где SS2 - фиктивные энтропийные потоки: «1-1» поступающий к сечению и «2-2» выходящий из сечения.

Анализ ур.(22.24а) показывает, что величина Sgen>P, согласно Второму закону термодинамики, всегда должна быть Sgeritp>0. В соответствии с Первым законом термодинамики для процесса ректи­фикации уравнение

(S2K2 - ф2Ігж2) - (S]hn] - фікжі) = const (22.25)

Представляет аналитическое выражение Ponchon-метода, касающегося угла наклона коннод и изотерм. Необходимо помнить, что все
графические построения предусматривают анализ в пространственной h-s-X- диаграмме.

Аналитический метод определения числа ректификационных тарелок применяется в компьютерных программах расчета и представ­ляет достаточно сложную задачу для программирования.