Разделение спиртового пара на фракции в дефлегматоре.

Суть в том, что тарелка часть флегмы сливает вниз, а часть - получает сверху.Rudy, 12 Дек. 10, 21:01

Давай сначала. Теоретическая тарелка - условная часть системы, которая реализует одну единицу переноса. Потому тарелки и теоретическая, что в ней крепость уходящего вверх пара равна крепости получаемого сверху дистиллята. И наоборот, крепость сливаемого вниз конденсата равна крепости получаемого снизу пара. Это главное условие "теоретичности" тарелки. Теоретическая тарелка не знает понятия "флегмовое число". Флегмовое число - инструмент приближения реальной тарелки к теоретической. Нехватку флегмы может ощущать только физическая тарелка, и тогда её разделение начинает отличаться от теоретической
Нет смысла говорить о теоретической тарелке, которой не хватает флегмы для реализации полной ступени разделения.

Да и в рассматриваемом случае при увеличении  ФЧ до трёх, разделение системы не приблизилось к одной ступени разделения.

Попробую довести мысль до абсурда.
При отсутствии возврата флегмы 1 миллиметр пустой трубы не даёт никакого укрепления, точно так-же как и теоретическая тарелка без флегмового питания. Дает ли это возможность утверждать, что 1 миллиметр трубы эквивалентен одной теоретической тарелке, а 10 сантиметров дадут 100 ТТ ??

Теоретическая тарелка - условная часть системы, которая реализует одну единицу переноса. Потому тарелки и теоретическая, что в ней крепость уходящего вверх пара равна крепости получаемого сверху дистиллята. И наоборот, крепость сливаемого вниз конденсата равна крепости получаемого снизу пара. Это главное условие "теоретичности" тарелки.Игорь, 13 Дек. 10, 02:35

Нет, это совершенно неправильно. Крепость уходящего вверх пара совершенно не равна крепости получаемого сверху дистиллята, она (крепость пара) всегда выше ( в нормальном режиме работы ессно).

Теоретическая тарелка - это место, где происходит полный тепломассообмен между стекающей сверху флегмой, имеющейся на тарелке флегмой и поступающим снизу паром. Результатом этого тепломассообмена является уходящий вверх пар и стекающая вниз флегма.

Поток флегмы сверху - обязательное условие нормальной работы теоретической тарелки - без нее она работать перестает. Я уже говорил почему. Стекающая сверху флегма выполняет две функции - охлаждение тарелки и частичная подпитка ее спиртом. Нагрев тарелки и основная подпитка ее спиртом производится поступающим снизу паром.

В тарелке обязательно поддерживается массовый (приход спирта и воды равен уходу - и по пару и по флегме) и энергетический (энергия пара снизу + энергия флегмы сверху равны энергии пара наверх и энергии флегмы вниз) балансы - иначе ее температура не будет постоянной.

Это - нормальный режим работы тарелки в колонне - при условии, что нет потерь тепла. Если тарелку дополнительно охлаждать или нагревать - будет все то же самое, только в балансе энергий появится еще один член - поток внешнего тепла (холода).

Это довольно непростая каша, нормально считается только по диаграммам (грубо) или на модели (гораздо точнее).

При отсутствии возврата флегмы 1 миллиметр пустой трубы не даёт никакого укрепления, точно так-же как и теоретическая тарелка без флегмового питания. Дает ли это возможность утверждать, что 1 миллиметр трубы эквивалентен одной теоретической тарелке, а 10 сантиметров дадут 100 ТТ ??Игорь, 13 Дек. 10, 02:35

А вот тут, как раз, и вступает в силу отток тепла. За счет этого (холодная стенка) происходит конденсация части пара. Этот конденсат и играет роль стекающей сверху флегмы - и в плане охлаждения, и в плане подпитки спиртом.

Пусть пар шел с концентрацией 55.47%об (в баке - 10%)и температурой - 92.59* соответственно. На стенке образовался конденсат крепостью 55.47%об. Но его температура кипения - 82.20* - ниже температуры пара, поэтому он снова испарится (когда этот кусок стенки будет нагрет до температуры пара) и даст пар с крепостью уже 82.52%. А оставшаяся после этого флегма с пониженной концентрацией спирта - не испарится и будет стекать вниз по стенке, пока не дойдет до более горячего места, которое ее испарит.  Труба в этом режиме будет иметь градиент температур - снизу - горячее, сверху - холоднее. И пар, с учетом эффекта укрепления будет иметь соответствующий градиент концентраций - снизу низкая, сверху - высокая. Причем этот градиент образуется именно из-за процессов конденсации/испарения так, что соблюдается энергетический баланс.

Т.е. на охлаждаемой стенке трубы будет происходить укрепление - это и есть принцип работы пленочной колонны. Роль "падающей" сверху флегмы (как в тарелке) играет конденсат, возникающий из-за наличия внешнего охлаждения и обедненный конденсат, стекающий сверху по стенке.

Т.е. происходит все ровно то же самое, что и в обычной тарелке. Поэтому пленочная колонны считается ровно так же, как и тарельчатая - просто вводится некоторая высота колонны (ВЭТС), которая дает тот же результат, что и одна тарелка.

Или, другими словами, ВЭТС - это длина трубы на которой происходит полный массотеплобмен между всеми компонентами, принимающими участие в процессе. Пар, свистящий по центру трубы и не взаимодействующий со стенками, практически не влияет на процесс - только за счет смешения с паром от стенок. Из-за этого ВЭТС пленочной колонны есть не строго фиксированная (от и до), а несколько "размазанная" или "размытая" величина - просто некое среднее значение. И если изменить условия взаимодействия (например закрутить пар в трубе) то изменится и ВЭТС.

. Крепость уходящего вверх пара совершенно не равна крепости получаемого сверху дистиллята, она (крепость пара) всегда выше ( в нормальном режиме работы ессно).Rudy, 13 Дек. 10, 03:06

Для реальной тарелки это так. Но для теоретической тарелки эти величины равны. Я на этом настаиваю. И вижу в чем причина разногласия. Она в разном понимании термина "теоретическая тарелка", или "ступень разделения"

По твоему мнению, "ВЭТС - это длина трубы на которой происходит полный массотеплобмен между всеми компонентами, принимающими участие в процессе".
Я не знаю где ты взял это определение. Если в термос вдуть пар и налить стакан воды, то через какое-то время там произойдет (твоими словами) "полный массотеплобмен между всеми компонентами, принимающими участие в процессе". Но это не делает термос теоретической тарелкой.

Я придерживаюсь другого мнения, почерпнутого в наших букварях.
Крель. Стр.96. "Высота участка колонны, который необходим для перехода от концентрации жидкости Х к равновесной концентрации пара Y называют ВЭТС".
Яровенко, стр.302. "Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате которого покидающие его потоки пара и жидкости достигают фазового равновесия".
Стабников, стр.115, дает абсолютно аналогичное определение ТТ или, как он ее называет, ступени концентрации.
Вражеские источники дают такое-же определение.

A theoretical plate in many chemical engineering separation processes is a hypothetical zone or stage in which two phases, such as the liquid  and vapor phases of a substance, establish an equilibrium  with each other. Those zones or stages may also be referred to as a theoretical tray or an equilibrium stage.

То есть по всем источникам, которыми пользуюсь я, теоретическая тарелка - ступень разделения, из которой уходит пар, точно соответствующий по кривой равновесия стекающей с этой тарелки флегме.
Условие полного тепломассообмена - одно из условий этого равновесия. Необходимое, но недостаточное, не описывающее процесс полностью.
А вот полный баланс фаз - условие необходимое и достаточное.

Возвращаясь к нашему примеру с точки зрения приведенных мною определений, получаем следующее.
Если в устройство приходит пар крепостью 55%, а выходит с крепостью меньше 82%, значит возвращаемая флегма имеет крепость больше 55%. Из этой зоны уходят пар и флегма, не достигшие фазового равновесия, баланс не достигнут. Значит говорить о том, что это устройство работает как теоретическая тарелка не приходится.

Жаль, что мы оперируем разными определениями. Раз нет согласия в базисе, никакой плодотворности от дискуссии ждать не приходится.

Потому тарелки и теоретическая, что в ней крепость уходящего вверх пара равна крепости получаемого сверху дистиллята. И наоборот, крепость сливаемого вниз конденсата равна крепости получаемого снизу пара. Это главное условие "теоретичности" тарелки.Игорь, 13 Дек. 10, 02:35

Для реальной тарелки это так. Но для теоретической тарелки эти величины равны.Игорь, 13 Дек. 10, 04:40

Еще раз скажу - это совершенно ошибочное рассуждение, ты что-то неправильно понял. Просто как пример. Колонна - 10 тарелок, в баке 10%, ФЧ=3. Посмотрим баланс на 5 тарелке.
Крепость в тарелке (и, соответственно, в стекающей вниз флегме) - 87.44%об (82.4%мас)
Крепость в стекающей сверху флегме - 89.79% (85.4%мас)
Крепость входящего снизу пара - 89.56 (85.1% мас)
Крепость уходящего вверх пара - 91.18% (87.2%мас)- соответствует крепости в тарелке
Это - идеальная тарелка. И где тут равенство?

Я придерживаюсь другого мнения, почерпнутого в наших букварях. Крель. Стр.96. "Высота участка колонны, который необходим для перехода от концентрации жидкости Х к равновесной концентрации пара Y называют ВЭТС".Яровенко, стр.302. "Под теоретической тарелкой понимают такое устройство, которое обеспечивает контакт пара и жидкости, в результате которого покидающие его потоки пара и жидкости достигают фазового равновесия".Стабников, стр.115 дает абсолютно идентичное определение ТТ или, как он их ступеней концентрации.Игорь, 13 Дек. 10, 04:40

Это один в один то, о чем я сказал.

Теоретическая тарелка - это место, где происходит полный тепломассообмен между стекающей сверху флегмой, имеющейся на тарелке флегмой и поступающим снизу паром. Результатом этого тепломассообмена является уходящий вверх пар и стекающая вниз флегма.Rudy, 13 Дек. 10, 03:06

Не понял, в чем ты видишь различие. При полном тепломассообмене как раз и произойдет именно то, о чем сказано в твоих цитатах, т.е. установится равновесие между паром и флегмой.

То есть по всем источникам, которыми пользуюсь я, теоретическая тарелка - ступень разделения, из которой уходит пар, точно соответствующий по кривой равновесия стекающей с этой тарелки флегме.Игорь, 13 Дек. 10, 04:40

Это-то совершенно верно, но вот это

Потому тарелки и теоретическая, что в ней крепость уходящего вверх пара равна крепости получаемого сверху дистиллята. И наоборот, крепость сливаемого вниз конденсата равна крепости получаемого снизу пара. Это главное условие "теоретичности" тарелки.Игорь, 13 Дек. 10, 02:35

совершенно не так. Где-то ты запутался, давай спокойно разберемся.

Обрати внимание - крепость в тарелке (идеальной) ниже крепости поступающего снизу пара. Это и есть то, о чем я говорил - тарелка в колонне дает меньшее укрепление, чем одна ступень простой перегонки. И это сильно зависит от ФЧ и для реальной и для идеальной тарелок.

Заметил еще одно утверждение, с которым категорически не согласен.

Простой дистиллятор дает значительно большее увеличение крепости, чем одна ТТ колонны.Rudy, 12 Дек. 10, 21:01

Если паровая зона куба  и восходящая часть паровой трубы утеплены так, что на них не происходит конденсация пара, куб работает ровно как одна ступень разделения - из жидкости крепостью 10% он выдает пар 55%. Реально получаемые более высокие концентрации пара получаются благодаря парциальной конденсации на поверхностях, теряющих тепло и конденсирующих пар.

Игорь, я немного дописал в конце предыдущего поста, посмотри.

Руди, я понимаю твою привязанность к своей модели, но это модели физических тарелок. Попытайся оторваться от них.
Теоретическая тарелка не знает флегмовых чисел. Я уже писал, ФЧ - это  инструмент приближения физической тарелки к теоретической. Поэтому твоя мдель, очень хорошо описывающая поведение физических тарелок при разных флегмовых числах может описать процесс на теоретической тарелке только при бесконечном флегмовом числе.

Сейчас продолжу.

Когда возникают разногласия в определениях, нужно искать общий базис. Давай разберем по фразам определение.

Итак,
Под теоретической тарелкой понимают такое устройство
которое обеспечивает контакт пара и жидкости,
в результате которого покидающие его потоки пара и жидкости
достигают фазового равновесия.

Я подчеркнул то, на чем хочу акцентировать внимание.
Теперь возникает вопрос - что же такое фазовое равновесие.

Ищу определение.

Руди,добавил данные в дефлегматоре в конце которых небыло.Подключение воды в дефлегматоре изменен вход сверху,снизу когда был вход отбор был не стабильный и маленький приходилось поднимать Т* на выходе пара чтобы получить какой то отбор.Когда поменял вход на верхний все встало на свои места и отбор нормальный и температура реальная.
Виноват,ну извини.Друг пришел заболтался.
Игорь заметил какой поток воды в дефлегматоре? Специально замерил,тоже удивляюсь.2.5 л/час это мизер.

Продолжаю.
Фазовое равновесие .

Крель, стр. 86. Фазовое равновесие - состояние, при котором число молекул, покидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё.
Такое состояние для каждой концентрации спирта в жидкости и постоянном давлении известно по уже набившим оскомину графикам типа прикрепленного.

Руди, к тебе вопрос. Я о спирто-водяной смеси.
Если из устройства вытекает флегма крепостью 55% объемных, какой концентрации должен выходить из него пар, чтобы это устройство соответствовало одной ступени разделения?

По поводу примера. Давай не будем рассматривать модель, с моделью всё просто и надёжно. Давай разберем конкретный пример дефлегматора, в котором ты увидел теоретическую тарелку, что и вызвало мой протест.

Пар, уходящий из этого устройства, имеет крепость 67%. Для того, чтобы эта система была эквивалентна одной ступени разделения, нужно, чтобы флегма, покидающая её, имела крепость порядка 18%.
Руди, что скажет твоя модель - возможно ли, чтобы при ФЧ=0.7, пар 55% укрепившись до 67%, родил флегму такой низкой спиртуозности?

Ребята, в следующий раз я посмотрю  какой крепости стекает вниз флегма(у меня в дефе есть жидкостный отбор) во время парового отбора потихоньку попробую отобрать стекающую вниз флегму,чтобы сильно не нарушить протекающий процесс.
ИМХО что флегма стекающая вниз будет на столько же ниже по крепости насколько выше по крепости выходящий пар,в нашем случае флегма должна иметь крепость примерно 45%.
Что это нам даст? Здесь у меня мозгов не хватит.

зачем тебе 50 ТТ? Чтобы получить нужную крепость достаточно и 10 простых перегонок.Rudy, 12 Дек. 10, 21:01

Мне нужно не 10, а 15. 75 тарелок мне нужно для отбора голов. Поэтому при отборе голов я устанавливаю такое число , при котором ВЭТС моей колонны составляет 20 мм, а при отборе тела увеличиваю флегмовое число до значения, при котором ВЭТС становится равным 10 сантиметров.

Число тарелок (ВЭТС) в колонне - не фиксированная величина, не константа, а величина, зависящая от разных параметров.
Я сомневался в этом утверждении, пока не нашел его подтверждение у Стабникова.
Так, например, супер-колонна с супер-насадкой или с тысячью супер-тарелок при ФЧ=0 имеет НОЛЬ ТТ, или ВЭТС, равное бесконечности.
Или колонна из полутора метров СПН имеет ВЭТС 2 см при ФЧ>=70 и ВЭТС 10 см при ФЧ=5.

Вот, нашел у Стабникова. Прикреплено.
Ступени разделения, теоретическая тарелка, единица переноса, ступень концентрации - называй как угодно - это когда состав пара на выходе одинаков с составом пара, равновесным жидкости на входе.
То есть когда приходящий и выходящий пар отличаются ровно на одну равновесную ступень.
Поэтому, Руди, твой пример описывает идеальную тарелку, но она не теоретическая, так как пар на её входе и выходе не соответствуют этому определению.

Обрати внимание на рисунке на вертикальные линии, соединяющие горизонтали теоретических тарелок. Эти вертикали соответствуют крепости пара и флегмы между тарелками. Это одна линия, не две. То есть между тарелками крепость пара и флегмы равны.

Игорь, идеальная и теоретическая тарелка - это одно и то же. А линии на твоем графике показаны для ряда простых перегонок, а отнюдь не для тарелок в колонне. Посмотри, где-то в цитируемых тобою книжках есть расчет колонны, там именно про колонну, расчет совсем другой и ФЧ обязательно учитывается. Ключевое слово - рабочая линия. Почитай Стабникова начиная со страницы 67. И посмотри рисунок II-6 на странице 70. Обращаю твое внимание на то, что там рассчитывается число именно теоретических тарелок с учетом конкретного ФЧ.

Подключение воды в дефлегматоре изменен вход сверху,снизу когда был вход отбор был не стабильный и маленький приходилось поднимать Т* на выходе пара чтобы получить какой то отбор.Когда поменял вход на верхний все встало на свои места и отбор нормальный и температура реальная.Михаил0501, 13 Дек. 10, 05:48

Ага, вот мы и добрались до интересных вещей, то-то я удивлялся, как тебе удается задать нужный поток пара на выходе краном подачи воды без непрерывной подстройки.

Это очень интересный момент. Хочется сравнить результаты при противоположных потоках воды. Попробуй все-таки подать воду снизу и при тех же параметрах и той же скорости же отбора (0.7 л/час) отобрать хоть немного дистиллята и определить крепость. Даже если тебе прийдеться при этом непрерывно висеть на кране и регулировать его ручками. Много отбирать не нужно, главное - определить крепость и сравнить ее с крепостью при подаче воды сверху.

Да, на температуру пара - не смотри, важно задать именно тот же поток на выходе - 0.7 л/час.

И еще вопрос - где у тебя стоит термометр, который температуру пара измеряет?

Управление охлаждением дефлегматора при автоматике не представляет трудности,хоть на димроте хоть на кожухотрубнике.Какую задашь температуру ту и поддерживает.Только при подаче воды в димрот снизу создавало проблемы с отбором,нужно было чтобы получить отбор 0.7 л/час сильно увеличивать температуру пара,на 3*-4*.
Когда буду еще проводить эксперимент (сейчас некогда,на работе запарка) обязательно проверю о чем ты говоришь и сообщу.
Мне кажется(тогда крестятся) что при подаче пара снизу он сразу попадает на холодный виток димрота и большое кол-во пара сразу же конденсируется затем оставшийся пар просто проходит димрот без конденсации.При подачи охлаждения сверху пар попадает сначала на горячие витки дефа и далее на все более холодные и получается что в этом случае вся длина димрота работает на постепенное охлаждение пара и соответственно более качественную конденсацию части пара. Будет ли этот эффект работать на кожухотрубнике завтра проверю,раньше не замечал.

Датчик Т* стоит у самого выхода пара, внутри дефлегматора.

Да замена в дефлегматоре медного димрота на кожухотрубник из нержи,на проводимость нисколько не повлиял.Проводимость
осталась как была.

Датчик Т* стоит у самого выхода пара, внутри дефлегматора.Михаил0501, 13 Дек. 10, 16:30

Флегма на него не брызгает? По стенке от трубок с водой хорошо теплоизолирован?

Нет,при таком небольшом потоке флегмы она не может попасть на датчик,Да и показания не скачут как при попадании флегмы,все плавно.Выход пара посредине дефа,димрот по краям ближе к стенке,датчик в начале потока пара.Термоизолирован хорошо,прокладка из силикона,трубка из ПХВ и снова силикон.От стенок теплоизоляция хорошая.Единственно показания датчика отличаются от контрольного на 1 градус на всем диапазоне.
Идет ректификация,отбираю головы паром. Поменял входы на кожухотрубнике,стало хуже,не такая стабильная температура,нужно больше воды.Вернул обратно,вход снизу(не совсем внизу,трубка подачи примерно на высоте 1/3 кожухотрубника)по теории холодная вода сама должна спустится вниз,по пути производя свою работу.

нет желания провацировать на дальнейшие споры, но вот что вычитал.
это из "Ректификация в органической химической промышленности" под ред. Воронцова.
для себя ответил на вопрос: для чего в промышленности ставят вместе с дефлегматором и конденсаторы?