Uzluksiz ishlaydigan rektifikatsion kolonnaning issiqlik balansi

Bu turdagi qurilmalarning issiqlik balansi quyidagi tenglik bilan ifodalanadi (5.39-rasm).
Q + G c t
+ R G c t = G (R + 1) (r
– c t
) + G c t + Q
1 f f f
d d d d
d d d
w w w
йук
bu erda Q1 - kubdagi issiqlik sarfi, J/soat; tsf, tsd, sw – boshlang‘ich eritma, ditsillyat va kub qoldiqlarining solishtirma issiqlik sig‘imi, J/(kgK); tf, td, tw - boshlang‘ich eritma, ditsillyat va kub qoldiqlarining temperaturalari, K; rd - ditsillyatning bug‘ hosil qilish issiqligi, J/ kg; Qyo`q
- atrof muHitga issiqlikning yo`qotilishi, J/soat.
Rektifikatsion kolonna kubidagi issiqlik sarfini (5.135) tenglamadan topamiz:
Q = G (R + 1) r
+ G c t
+ G c t
+ G c t + Q
1 d d
d d d
w w w
f f f
йук
Agar, qaynatgich suv bug‘i bilan isitilayotgan bo`lsa, jarayonni o`tkazish uchun sarflanayotgan bug‘ sarfi ushbu tenglamadan aniqlanadi:
D = Q1
i i
bu erda i,i- suv bug‘i va kondensatning entalpiyalari, kJ/kg.
Ishchi u – x diagrammada tasvirlash. Eritma tarkibini
xarakterlovchi xw, xf, xd kontsentratsiya qiymatlari abtssissa o`qiga quyiladi (5.40-rasm). Agar, xd=ud ekanligini hisobga olsak, xd nuqtadan perpendikulyar chiqarib, diagonal chiziq bilan kesishgan, koordinatlari xd=ud bo`lgan, Anuqtasi topiladi.
Flegma soni R ma’lum bo`lsa, V=xd/(R+1) kesma aniqlanadi va u diagrammaning ordinata o`qiga qo`yiladi. So`ng, V kesmaning uchi bo`lmish nuqta b va A lar birlashtiriladi. Boshlangich eritma kontsentratsiyasiga oid xf nuqtasidan Ab chizig‘i bilan V nuqtada kesishguncha vertikal chiziq o`tkaziladi. AVto`g‘ri chiziq kolonna yuqori qismining ishchi chizig‘ini ifodalaydi. Keyin, xw nuqtasidan
perpendikulyar chiqarilib, diagonal bilan kesishgan Snuqtani topamiz. S vaV nuqtalarni birlashtirib, kolonna patski qismining ishchi chizig‘ini topamiz. Diagrammadan ko`rinib turibdiki, V nuqta ikkala ishchi chiziq uchun umumiy bo`lib, ta’minlovchi tarelkadagi bug‘ va suyuqlikning ishchi kontsentratsiyalarini xarakterlaydi.
Eritma kontsentratsiyalari xw, xf, xd bo`lganda, ishchi chiziqning holati kesma V ning qiymatiga bog‘liq. ¤z navbatida V kesma ishchi flegma soni R ning kattaligi bilan aniqlanadi. Agar, flegma soni kamaysa, kesma V ning qiymati ortadi. Bunda ishchi va muvozanat chiziqlarining V1 nuqtasida kesishganda, ishchi chiziq o`zining maksimal yuqori holati - Ab ga intiladi. Ushbu nuqtada jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi u=um - u=0 bo`ladi. Demak, rektifikatsion kolonnaning fazalar to`qnashish yuzasi cheksiz katta bo`lishi kerak.
Haqiqatan ham, bunday holatda kontsentratsiyalar o`zgarishining nazariy pog‘onalar soni cheksiz bo`ladi va eritmani faqat cheksiz balandlikka ega shartli kolonnada ajratish mumkin. Lekin, isituvchi bug‘ va kolonna diametri minimal ko`rsatkichli bo`ladi. Albatta, bunday sharoitda flegma soni ham minimal bo`ladi va uni ushbu tenglamadan aniqlash mumkin:
x y
R = d f m
f
min
yfm x
Ishchi chizig‘ining quyi chegaraviy holatiga cheksiz katta flegma soni to`g‘ri keladi va u grafikda V=0kesma bilan ifodalanadi. Bu holda ikkala ishchi chiziq diagonal bilan utsma-uts tushadi. Cheksiz katta flegma soniga maksimal harakatga keltiruvchi kuch umin=um-uva o`z navbatida kontsentratsiya o`zgarish nazariy pogonalarining minimal soni va kolonnaning minimal soni, hamda kolonnaning minimal balandligi to`g‘ri keladi. Lekin, kolonnadagi bug‘, qaynatgichdagi isituvchi bug‘, deflegmatordagi sovuq suv sarfi va qurilma diametri maksimal bo`ladi.
Haqiqiy flegma sonini tanlash o`ta murakkab masaladir, chunki uning miqdoriga qarab rektifikatsion kolonna o`lchamlari va issiqlik eltkichlar sarfi o`zgaradi. Kolonnalarni ishlatish uchun zarur sarflar va
kapital harajatlar, hamda energetik sarflar flegma soniga bog‘liq.
5.41-rasmda haqiqiy flegma sonining rektifikatsiya jarayoni sarflariga bog‘liqligi tasvirlangan.
Ko`rinib turibdiki, flegma soni ortishi bilani ekspluatatsion sarflar proportsional ravishda ortadi. Kapital sarflarning flegma soniga bog‘liqligi kolonna diametri va balandligiga teskari proportsionalligi bilan ifodalanadi. Flegma sonining ma’lum bir qiymatiga kapital sarflarning minimal kattaligi to`g‘ri keladi.
Umumiy sarflar va flegma soni orasidagi bog‘liqlik ham minimum nuqtasi bilan xarakterlanadi. Bu nuqtaga mos R haqiqiy flegma sonining optimal qiymatiga teng bo`ladi.
Haqiqiy flegma sonini quyidagi formulada hisoblash mumkin:
R = R
x R min
bu erda R - flegma ortiqchaligini ifodalovchi koeffitsient. Ko`pchilik hollarda ushbu koeffitsient quyidagi oralikda bo`ladi - =1,041,5.
Rektifikatsion kolonna ishlashi balandligi va
Odatda ushbu parametrlarni aniqlash kontsentratsiyalar o`zgarishining nazariy yoki haqiqiy pog‘onalari soniga qarab olib boriladi. Bunda, nazariy pog‘onada bug‘ va oqib tushayotgan suyuqlik muvozanat holatida bo`ladi.
Barbotaj tarelkasining ishlash printsipini ko`rib chiqamiz (5.42- rasm).
Agar, kontsentratsiyasi xn+1bo`lgan suyuqlik yuqoridan n – tarelkaga oqib tushsa, patsdagi tarelkadan kontsentratsiyasi yn-1-
bo`lgan bug‘ ko`tariladi. Massa almashinish natijasida suyuqlikdagi engil uchuvchan komponent bug‘ga o`tsa, qiyin uchuvchan esa - bug‘dan suyuqlikka o`tadi. Bug‘dagi engil uchuvchan komponent kontsentratsiyasi yn gacha ortsa, suyuqlikda esa xn+1 dan xngacha kamayadi. Jarayonni taHlil qilishda quyidagi taHminlarni qabul qilamiz: tarelkadagi suyuqlik ideal aralashtirilgan va uning kontsentratsiyasi o`zgarmas xn ga teng; ideal siqib chiqarish rejimidagi suyuqlik qatlamida bug‘ning kontsentratsiyasi yn-1 dan yn gacha o`zgaradi.
Bug‘ kontsentratsiyasi yn-1 dan gacha o`zgarishi davrida
muvozanatga erishishi vertikal AV kesma bilan tasvirlansa, kontsentratsiyasining xn+1 dan xn gacha o`zgarishi esa, BD kesma bilan xarakterlanadi (5.42b-rasm). Shunday qilib, AVD pog‘ona bitta nazariy tarelkada sodir bo`layotgan jarayonni ifodalaydi.
5.42-rasm. Tarelkalar sonini aniqlashga oid.
a - tarelkada bu? va suyu?likning o'zaro ta'siri; b - bu? va suyu?lik muvo-
zanatga erishish jarayonini u-h diagrammada tasvirlash; c - bu? va suyu?likmuvozanatga erishmagan jarayonini y-x diagrammadagi Rektifikatsion kolonnada o`rnatish zarur bo`lgan nazariy tarelkalar
sonini aniqlash uchun ishchi va muvozanat egri chiziqlarining A va S
nuqtalari orasiga pog‘onalar quriladi.
Kolonnaning haqiqiy tarelkasida hech qachon muvozanat kontsentratsiyasiga erishib bo`lmaydi, ya’ni yn<upr (5.42v-rasm).
Kolonnadagi haqiqiy tarelkalar sonini aniqlash uchun foydali ish koeffitsienti qo`llaniladi. Odatda uning kattaligi tajribaviy usul bilan topiladi. Rektifikatsiya jarayonida massa berish koeffitsientini hisoblash uchun quyidagi tenglamalar tavsiya etiladi:
suyuq fazada:
Nu = 540
· Re 0 , 33 Pr 0 , 45
ДС c Дс
elaksimon tarelkalarda gaz fazasi uchun:
Nu = 2, 5 Re 0 , 72 Pr 0 , 5 We 0 , 25
ДГ Г ДГ
qalpoqchali tarelkalarda gaz fazasi uchun:
|