Тема: Температурный градиент в царге ректификационной колонны
На мой взгляд тема объемная, сложная, и в общем-то для тех, кто хочет разобраться в тонкостях процесса.
Для тех, кому надо освежить основную тему, вот пруф: Теория ректификации
Думаю, что стоит начать с простого идеального процесса. Будем рассматривать ректификацию бинарной смеси этанола и воды на 2-х разных колоннах.
Сначала понятная инструкция, т.к. мой плэйт английский, да и в русском не все ее читают.
Power- подводимая мощность. Для обеих колонн задаем 1000Вт
Strenght in a boiler- спиртуозность в кубе, задаем 40%. Внимание, программа ведет все расчеты в массовых процентах, а не в объемных.
Number of plates- кол-во тарелок. Как мы помним, в насадочной колонне кол-во ТТ, а точнее ЕП, меняется в зависимости от режима. Плэйт работает с моделью физических тарелок со 100% КПД. Для одной колонны задаем 20, для другой 60.
Reflux ratio- флегмовое число, задаем для обеих колонн 6.
Смотрим в поле результата:
Condenser- дефлегматор-узел отбора
Product strenght- спиртуозность отбора
Reflux returned- количество флегмы
Product amount- количество отбора
Plate # - тарелка №
Temperature - температура
Vapor strenght - спиртуозность пара
Liquid strenght - спиртуозность жидкости
Reflux from plate - количество возврата на нижнюю тарелку
Видим следующую картину. И в колонне с 60 тарелками, и с 20, количество пара и жидкости под дефлегматором одинаково. Более того, ту же картину мы увидим на некотором количестве тарелок ниже дефлегматора. Справа видим график распределения спиртуозности в царге, а в поле результатов можем посмотреть температуры на тарелках.
Если мы посмотрим на температуру 42 тарелки первой колонны, и 14 тарелки второй колонны, мы также увидим 78,2С. Пусть это будет местами установки нижнего термометра.
Спускаемся по обеим колоннам до 11 тарелки
Видим абсолютно зеркальную картину для обеих колонн. На 11 тарелке по прежнему азеотроп, ниже начинает падать спиртуозность, уменьшаться возврат с тарелки, еще ниже начинает меняться температура.
Только на 6-й тарелке мы увидим +0,1С, и спиртуозность 91,8% масс (94,5% об)
Температуру 78,7С мы увидим только на 3-й тарелке, спиртуозность будет 91,7% об
На нижних тарелках происходит существенное укрепление пара
Вернемся к показанию наших термометров. В обеих колоннах одинаковая температура, и в общем-то верхние тарелки не работают на разделение смеси спирта и воды. Поэтому начинаем экономить ресурсы, и уменьшаем ФЧ до того момента, пока не изменится температура на нижнем термометре.
На большой колонне можно отбирать 1226гр/ч, а на маленькой только 794гр/ч, что бы не нарушить равновесия.
Вот в общем-то вся разница между этими колоннами на старте процесса.
Переходим к концу процесса. Если мы не изменим ФЧ, то первая пограничная точка для большой колонны наступит при 9,65% масс в кубе, а для маленькой только при 5,5% масс
Стоит обратить внимание на нижний участок графика. У обеих колонн виден перегиб на нижних тарелках. Это связано с недостатком флегмы для работы низа царги, т.е. низким ФЧ при данной спиртуозности в кубе. При этом на термометрах по прежнему 78,2С. Отбираем еще чуть-чуть спирта.
Тут отчетливо виден приход хвоста на большой колонне. Нижние тарелки не работают, в отборе спиртуозность резко падает. На маленькой температура нижнего термометра по прежнему 78,2С, но состав смеси в этом месте уже давно другой. Естественно, если увеличить ФЧ, обе колонны придут в равновесие, т.к. в кубе еще достаточно спирта.
There's whiskey in the jar