Введение к работе
Актуальность работы. Ректификация является одним из наиболее распространенных методов разделения смесей. Несмотря на то, что исследованию ее посвящено большое количество работ, имеется ряд нерешенных вопросов, касающихся статики и кинетики процесса. В частности, недостаточно изученными являются процессы взаимодействия пара и жидкости на контактных тарелках и связанная с ними скорость переноса вещества из одной фазы в другую. В связи с этим нужно отметить одно важное обстоятельство. С одной стороны накоплен большой экспериментальный материал по кинетике массопередачи на тарелках ректификационных колонн и предложен ряд уравнений, позволяющих рассчитать эффективность тарелок различной конструкции. В тоже время сопоставление результатов расчета кинетических параметров по разным уравнениям дает очень большие расхождения. По-видимому, полученные разными авторами уравнения оказываются справедливыми для частных условий массообмена и для определенной группы смесей, а в других случаях могут приводить к большим погрешностям в расчетах.
Реальным путем повышения точности корреляций является более глубокое проникновение в механизм происходящих процессов и учет важных дополнительных факторов, определяющих эффективность их протекания. В частности, сведения о величине межфазной поверхности и о средних размерах пузырьков пара в двухфазном слое содержат в себе ценную информацию о процессе массообмена и могут способствовать уточнению кинетических зависимостей. К сожалению, вопросы массообмена в тарельчатых ректификационных'колоннах с учетом действительной поверхности контакта фаз обсуждались недостаточно, а примеры использования такого подхода к расчету промышленных ректификационных колонн практически отсутствуют.
Вопрос о поверхности контакта фаз в тарельчатых аппаратах связан не только с ее величиной, но и с ее состоянием. Известно, что при ректификации потоки пара и жидкости находятся на линиях насыщения и отличаются большой неустойчивостью. Уже небольшие эффекты, обусловленные перегревом слоев, могут приводить к их разрушению, сопровож-
дающемуся изменением скорости перехода вещества через границу раздела. Вопросы состояния поверхности раздела фаз являются исключительно важными для понимания процессов массопередачи между паром и жидкостью и их адекватного описания. Однако эти вопросы изучены пока крайне недостаточно.
Учитывая громадные масштабы производства, большую металлоемкость аппаратуры, высокие удельные затраты энергии, изучение кинетики массопередачи и разработку точного и надежного математического описания процессов массообмена между паром и жидкостью следует считать вполне актуальной задачей.
Цель работы состояла в исследовании кинетики процесса ректификации бинарных смесей с учетом межфазной поверхности на ситчатых и провальных тарелках; изучении и учете влияния тепловых эффектов на скорость массообмена в жидкой фазе; использование полученных зависимостей при расчетах тарельчатых ректификационных колонн, представляющих интерес для промышленных предприятий.
Научная новизна. На основе исследования ректификации ряда бинарных смесей установлена зависимость эффективности тарелок от определяющей разности температур взаимодействующих фаз и предложен критерий, учитывающий эти эффекты; определены коэффициенты массо-отдачи в жидкой фазе и установлена зависимость их от определяющих факторов; предложена критериальная зависимость для расчета коэффициентов массообмена в жидкой фазе, отнесенных к действительной поверхности контакта фаз.
Получены новые данные по равновесию между паром и жидкостью для смесей, образованных хлорпроизводными этилена и этана.
Практическая ценность. Полученные в работе зависимости для расчета коэффициентов массоотдачи могут быть использованы при проектировании тарельчатых ректификационных аппаратов.
Результаты работы использованы при расчете и проектировании
установки ректификации трихлорэтилена в Усольском АО Химпром. Ожи
даемый экономический эффект от внедрения составляет 5270 млн.
рублей в год.
Материалы исследования вошли в учебное пособие "Гидравлика контактных тарелок" (издательство Иркутского государственного университета, 1ЭЭ7 г.), которое рекомендовано Министерством общего и специального образования для студентов химико-технологических специальностей вузов.
Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 8 статьях. Они были доложены на Международной конференции " Экология Сибири" Иркутск (1993 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Теория и практика массообменных процессов химической технологии" г. Уфа (1996 г.); на конференциях Ангарского технологического института "Современные технологии и научно-технический прогресс" (1994-1997 гг.);