6. Как работает КГМ Гиффорда-Мак-Магона?
Литература: [1] § 7.1–7.9 или [2] с. 199–204, 298–305, гл. 7, § 7.1–7.7, с. 397–381; [3] гл. 1, § 1.1–1.4; [4] § 3.4; [5] гл. 9.
Изучение настоящего раздела начинается с рассмотрения методики определения минимальной работы разделения. Так как разделение газовой смеси на отдельные компоненты требует некоторого количества энергии, то с целью сравнения эффективности различных методов разделения необходимо иметь представление о теоретической минимальной работе разделения газовой смеси.
При рассмотрении тем этого раздела необходимо ознакомиться с физическими и термодинамическими свойствами бинарных растворов, изучить, как определяются равновесные составы пара и жидкости в бинарных системах. На примере бинарной смеси О2–N2 ознакомиться с принципами построения диаграмм и номограмм у – х, Т – р – х, i – х для равновесных параметров состояния паровой и жидкой фаз [1, 2].
Разбор принципа построения этих диаграмм, нахождение по ним отдельных процессов (дросселирования, смешения, кипения, конденсации и т. д.) дает возможность успешно изучить ряд последующих вопросов, связанных с низкотемпературным разделением воздуха и других газовых смесей.
Знакомство с процессом разделения бинарных смесей начинается с рассмотрения процессов однократного испарения, однократной конденсации и фракционных испарения и конденсации. При этом необходимо уяснить методику расчета этих процессов и оценить их достоинства и недостатки.
Используя эти процессы для разделения воздуха, нельзя добиться его разделения на чистые компоненты с достаточно высокой степенью их извлечения. Для этой цели при разделении воздуха пользуются методом ректификации.
Изучение процесса ректификации необходимо начать с уяснения сущности этого метода и принципа работы ректификационной колонны. Затем необходимо ознакомиться с методами инженерного расчета ректификационных колонн (методом числа единиц переноса и методом ступеней контакта). На практике наибольшее распространение получил метод ступеней контакта, часто называемый методом теоретических тарелок. Для успешного изучения последующего материала необходимо уяснить такие понятия, как теоретическая (идеальная) ректификационная тарелка и коэффициент эффективности тарелки.
Для определения числа теоретических тарелок ректификационной колонны в инженерной практике при расчете разделения бинарной смеси широко применяют два графо-аналитических метода: по диаграмме х–у (метод Мак-Кэба и Тиля) и по диаграмме i–х (метод Поншона).
Разбирая эти методы расчета, необходимо уяснить, что понимают под флегмовым числом и флегмовым отношением, как определяются координаты рабочей линии и значения приведенных концентраций и энтальпий полюса колонны, какие допущения положены в основу каждого из вышеназванных методов расчета и каковы достоинства и недостатки каждого из них.
В заключение необходимо рассмотреть основные схемы ректификационных колонн для разделения бинарных смесей и воздуха. Уяснить местоположение ректификационной колонны в блоке разделения воздуха и особенности расчета процессов в газоразделительных установках можно путем рассмотрения методики расчета применительно к простейшей схеме воздухоразделительной установки, основанной на использовании цикла однократного дросселирования и колонны однократной ректификации.
1. От чего зависит величина минимальной теоретической работы разделения газовой смеси? Почему действительная работа разделения газовой смеси, даже в наиболее совершенных установках, значительно превышает теоретическую?
2. Что такое относительная летучесть? От чего зависит относительная летучесть идеальной и реальной бинарных систем?
3. По диаграмме Т–р–х для смеси О2–N2 или таблицам Т–х–у при р = сonst определите молярную долю азота в жидкости, равновесной пару с молярной долей у = 79 % N2 , и температуру жидкости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.