Температурный градиент в царге ректификационной колонны (Страница 5 из 16)

нужно еще один диоптр купить и порезать царгу 
На значительном расстоянии (более 50 см) возможно так и будет, как ты говоришь, но на тех 15 см, что я вижу в диоптре (порой без насадки) пар с флегмой мешается равномерно.
здесь с насадкой, но видно (третье видео) (когда будет возможность, сниму без насадки):
Стабильная МРК 35/1500 ВД

Немного на тему давления внутри колонны, плотности и равномерности насадки, и градиенте температуры.

  Позволю себе цитату из учебника ("Краткий справочник нефтепереработчика" Рудин М.Г. и Драбкин А.Е., про нефть, но не суть):

При движении пара снизу вверх навстречу стекающей жидкости между паром и жидкостью возникает сила трения, увеличивающаяся по мере увеличения скорости пара. Сила трения может увеличиваться до того момента, пока она не уравновесит силы тяжести стекающей жидкости. При дальнейшем увеличении скорости пара сила трения превысит силу тяжести, жидкость будет захватываться паром и выбрасываться им из колонны. Такое состояние определяет гидравлический предел правильной работы колонны, так как при повышении, скорости пара работа колонны нарушается и начинается обращенное движение жидкости. Указанный предел носит название предела захлебывания или точки захлебывания. В настоящее время работами многих исследователей установлена математическая связь между основными величинами, определяющими предел захлебывания насадочных колонн.

  Т.е. это мы все и так знали - колонны у каждого в захлеб хоть раз, но уходили. Интереснее далее вывод из этого - жидкость подвисает в колонне в момент инверсии фаз (переход от турбулентного режима к режиму эмульгирования). Т.е. в этот самый момент давление пара снизу уравновешивает массу зависшей сверху флегмы. Из этого делаем вывод, что внутри колонны давление выше, чем в точке ТМА (атмосферное давление плюс вес флегмы уравновешивается давлением пара снизу). С подъемом по царге давление будет все меньше и меньше, и будет определяться "шапкой" флегмы сверху и гидродинамическим сопротивлением самой колонны (пока без насадки). Труба трубой, но при высокой скорости пара обеспечит захлеб. Из этого вывода начинаем понимать, почему на тонких царгах, даже без насадки можно получить захлеб.
  Теперь с насадкой. От плотности забития насадки зависит гидродинамическое сопротивление в колонне. Таким образом, чем плотнее, тем быстрее увеличивается сила трения (из цитаты выше), тем быстрее получаем инверсию фаз. Тут интересно то, что предельная скорость пара (скорость после превышения которой начитается инверсия фаз) внизу колонны ниже, чем вверху (есть формулы, описывающие этот процесс, но я их не стал здесь приводить). Это интуитивно и так было понятно (высота насадки внизу выше, чем у головы колонны), но теперь появилось какое-то теоретическое обоснование. Из этого делаем вывод, что давление пара у основания колонны будет выше, чем вверху "под шапкой" из флегмы, за счет дополнительного сопротивления, создаваемого насадкой.
  Если насадка забита неравномерно, то получаем "провал" флегмы на более рыхлом участке, так как гидродинамическое сопротивление тут ниже. Как я понимаю, в этом месте колонна переходит в турбулентный режим с резкой потерей КПД разделения. При этом в других местах колонны может быть все нормально. Т.е., формально, этот участок "выключается" из общей эффективной высоты колонны.
  Еще цитата (оттуда же):

"При достижении скорости пара, соответствующей точке инверсии фаз, наблюдается резкое возрастание разделяющей способности насадочной колонны с почти вертикальным ходом кривой эффективности. Гидродинамические характеристики работы колонны удерживающая способность насадки по жидкости (ф) и перепад давления (ДР,. ж) также резко возрастают в точке инверсии, причем характер изменения всех трех параметров становится идентичным"

  Отсюда становится понятно, что забивка насадки должна быть максимально равномерной, чтобы на меньших высотах колонны получать лучшую эффективность работы колонны. И становится понятным, как возникает захлеб (переход точки инверсии).

"Исследования показали, что переход от турбулентного режима к режиму эмульгирования (точка инверсии или точка начала эмульгирования) соответствует оптимальным условиям работы колонны и оптимальной скорости пара, при которой на насадке задерживается максимальное количество жидкости, брызг и пены, достигаются интенсивный массообмен и максимальная производительность при минимальной высоте насадки."

  Но в точке инверсии работать крайне тяжело - требуется достаточно точная и стабильная работа всех механизмов колонны. Отсюда наши повышенные требования к игольчатым кранам, стабилизаторам напряжения, давления воды.

По температурному градиенту. С увеличением скорости пара (увеличение нагрева) мы получаем только захлеб. Количество ТТ при этом не меняется. С уменьшением эффективность работы насадки резко падает, флегма стремится к стенкам колонны, оставляя насадку в центре сухой - количество ТТ падает. В этом режиме резко увеличиваем ФЧ, для получения требуемого качества на выходе (правый скриншот).

С уменьшением количества ТТ и, соответственно, давлением пара, мы получаем меньшее давление внутри колонны, а, значит, и меньшую температуру (где-то отсюда и дальше размышления Артема,
которые натолкнули меня на эти мысли Температурный градиент в царге ректификационной колонны )
Думаю, что более высокое показание термометра в 2/3 колонны относительно ее головы в процессе погона объясняется именно разницей в давлении. Она же определяет и более резкую разницу относительно ситуации отбора головы. Там перепад давления ниже. Т.е. мы увеличили мощность, заставили работать насадку, увеличили ТТ, увеличили давление внутри (так как оно прямо пропорционально зависит от гидродинамического сопротивления). Увеличили давление - увеличили температуру кипения жидкости. И пара соответственно. Получили градиент.
  В конце погона добавляется влияние высококипящих компонент, ползущих по ТТ. Мы видим, так называемый, "подход хвоста". Объем пара и его скорость падают без увеличения нагрева, так как количества тепла для парообразования оставшегося компота требуется больше (удельная величина возрастает). Поэтому в самом конце погона, увеличением нагрева, вновь выводим колонну в точку инверсии. Или резко повышаем ФЧ для "отжима хвоста".

  p.s. Еще один момент. При полном открытии крана отбора (когда возврат флегмы в царгу отсутствует), дельта температур также будет (гидродинамическое сопротивление все же остается), но достаточно минимальное, на уровне погрешности для наших высот колонн. При ректификации объем возвращаемой флегмы будет увеличивать силу трения для поднимающегося пара, увеличивая давление. Таким образом, нормальная дельта (у кого градус, у кого полтора, у кого чуть меньше) говорит о идущем процессе ректификации не за счет измерения температуры на условной ТТ, а за счет косвенного измерения давления в указанной точке. По этому, при изменении атмосферного давления дельта не меняется, при сохранении всех прочих параметров работы колонны.

Нет, не только на давление.

Но оно дает в начале и середине погона наибольшее влияние на показания.

Потом, да, начинается влияние более высококипящих компонент.

Это только мои измышления, не "истина в последней инстанции".
Более того, расчеты показаний на plateCalc вносят дополнительную порцию вопросов. Попробуйте с самого начала погона прикинуть по температуре на градуснике 2/3 где он торчит в насадке. На уровне какой ТТ:

У меня дельта при начале отбора тела достигает 1,1 (при увеличении отбора "как для виски" чуть меняется до 0,9 - 1,0). Судя по скриншоту (вверху там температура 78.2, на первой тарелке 80.3) у меня термометр торчит на уровне между 2 и 3 ТТ. Что вряд ли верно, так как объем насадки между термометром 2/3 и баком в 3 раза превышает то, что сверху. Значит, математическая модель plateCalc справедлива для другого типа колонны. Здесь ей можно пользоваться только для "ориентировочно справочных" данных.

p.s. Все, что написано в этом и предыдущем посте - только мои мысли вслух.

st, если при меньшей мощности качество разделения увеличивается, то есть вещества с разной температурой кипения разделяются лучше, тогда почему у тебя получается, что температуры верха и 2/3 сходятся? Тут я скорее соглашусь на влияние давления.

Вот и обьяснение большей дельты при отборе тела! Все ж написано. Головы отобрали, температура пара в голове колонны стала постоянной, а нагревая колонну для предзахлеба мы увеличил температуру на датчике 2/3, тем самым уменьшив количество ТТ.

Смотрите 2-й и 3-й график первого поста, там видно, что 11 тарелка далеко внизу и на ней азеотроп уже. Далее при нагреве на этой же тарелке не азеотроп, граница оного поползет по колонне вверх и доберется до датчика 2/3. При этом верхние тарелки с азеотропом будут как бы приплюснуты друг к другу, а нижние с ТМО будут растянуты по колонне.

Артем, ты же сам ответил на вопрос про дельту!!!

Добавлю картинки попозже!

st, немогу плюс поставить еще, но ты прав!

st, думаю, что и на рисунке и в плэйт рассматриваются идеальные условия - бинарная смесь. А у нас много разных фракций в составе. И при ТМО они выстраиваются по градиенту температуры кипения. Чтобы от верха до 2/3 была одна фракция, ее должно быть очень много, либо колонна должна быть маленькой. Вот тела значительно больше, поэтому при отобранных головах температуры сходятся. Но мы добавляем мощности, и тут уже коррективы вносит давление. Я так думаю. И если при малой мощности разделение лучше, тогда зачем нужен предзахлеб?

valera, st,  надо все-таки поковыряться с этим плэйтом, может какое-то прояснение в мозгах появится. 

Здесь есть две крайности: лучше разделение при тонкой пленке (то есть мало мощности и максимум тарелок) - затем, при увеличении толщины пленки (добавление мощности) падает ТМО и падает и падает - до момента, когда колонна переходит из турбулентного в эмульгационный, тогда ТМО снова растет и будет максимально большое, после пленочного, так как при пленочном максимальное.

Можно и без него, но тогда тело будешь отбирать "год", чтобы обеспечить ФЧ

Ход мыслей логичен, но так не получится. Потому пленочный режим - это когда одинаковый объем флегмы размазанный максимально тонко (то есть соотношение площадь на объем максимальное). В данном случае контакт жидкость-пар будет максимальный. И если набить максимум туго насадку, чтобы пошел захлеб в пленочном режиме, то контакт пара с флегмой резко уменьшится.