ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΑΚΤΙΚΩΝ ΣΤΗΛΩΝ ΜΑΔ, 2013 1
2 Αποστακτικές στήλες
3 Ροή ρευστών σε αποστακτική στήλη με δίσκους
Βασικοί Υπολογισμοί Ισορροπίας Φάσεων Ατμών Υγρού Οι βασικοί υπολογισμοί που ενδιαφέρουν τον χημικό μηχανικό είναι οι ακόλουθοι : σημείο φυσαλίδας σημείο δρόσου εκτόνωση (flash) αποστακτικές στήλες 4
Υπολογισμοί Σημείου Φυσαλίδας και Σημείου Δρόσου Στην περίπτωση του σημείου φυσαλίδας (ΣΦ), δίνεται υγρό καθορισμένης σύστασης: x 1, x 2,..., και υπολογίζονται: η θερμοκρασία σημείου φυσαλίδας σε ορισμένη πίεση, ή η πίεση σημείου φυσαλίδας σε ορισμένη θερμοκρασία. Η επαναληπτική διαδικασία σταματά, όταν το άθροισμα των υπολογισμένων y, για όλα τα συστατικά του μίγματος, είναι ίσο με τη μονάδα: y Στην περίπτωση του σημείου δρόσου (ΣΔ), δίνεται ατμός καθορισμένης σύστασης: y 1, y 2,..., και υπολογίζονται: η θερμοκρασία σημείου δρόσου σε ορισμένη πίεση, ή η πίεση σημείου δρόσου σε ορισμένη θερμοκρασία. Η επαναληπτική διαδικασία σταματά, όταν το άθροισμα των υπολογισμένων x είναι ίσο με τη μονάδα: x = K y = = K x 1 = 1
Είναι η βασική ιδιότητα που προσδιορίζει την ευκολία ενός διαχωρισμού και χρησιμοποιείται στις απλοποιημένες μεθόδους σχεδιασμού Σχετική πτητικότητα, α j a = j K K j K = y x Ανάλογα με τη φύση των συστατικών του μίγματος (ή της ολικής πίεσης του συστήματος) οι τάσεις διαφυγής υπολογίζονται - ανάλογα και με τη φάση - ως: Μη πολικά συστατικά Υψηλές πιέσεις: όπου οι συντελεστές τάσης διαφυγής υπολογίζονται με κυβικές καταστατικές εξισώσεις (π.χ. PR ή SRK). K = y / x = ˆ φ / ˆ φ l v Πολικά συστατικά - Χαμηλές πιέσεις: όπου : ˆv, ˆs φ φ P s με Vral με Antone K l v s ( Pe) = exp ( P P ) RT γ με Van Laar, Wlson, UNIFAC s = γ ˆ φ P s ( Pe) v / ˆ φ P 6 Ιδανικά Διαλύματα Νόμος Raoult K s s P = P P a j = s P / j
Διαγράμματα De Prester
Υπολογισμός Δοχείου Εκτόνωσης Έστω ένα μίγμα, αποτελούμενο από F moles, του οποίου τα γραμμομοριακά κλάσματα των συστατικών είναι ίσα με z 1, z 2,... σε κάποια θερμοκρασία T f και πίεση P f. Το μίγμα αυτό εκτονώνεται απότομα διά μέσου μίας βαλβίδας στραγγαλισμού - διεργασία που αναφέρεται ως εκτόνωση - και περνά σε ένα δοχείο θερμοκρασίας T και πίεσης P (Σχήμα 3.2). Ζητείται, υποθέτοντας ότι έχει επιτευχθεί ισορροπία, να υπολογιστούν: 1. οι ποσότητες του υγρού L και ατμού V, και 2. οι συστάσεις των δύο φάσεων. Σχήμα 3.2 Σχηματικό διάγραμμα μίας διεργασίας εκτόνωσης.
ΒΑΘΜΟΙ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣ ΑΠΛΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΑΠΛΗ ΜΟΝΑΔΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ (Ν Μ ) ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ (Ν Π ) ΒΑΘΜΟΙ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣ - ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ (Ν Ε = Ν Μ Ν Π ) 3 (Ν Σ +2) + 1 2 Ν Σ + 3 Ν Σ + 4 ΒΑΘΜΟΙ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣ ΑΠΛΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕΡΙΚΟΣ ΣΥΜΠΥΝΚΩΤΗΡΑΣ ή ΑΝΑΒΡΑΣΤΗΡΑΣ (Ισοδυναμεί με διαχωριστή ισορροπίας φάσεων) Συστάσεις (Ν Σ -1), Θερμοκρασία, Πίεση, Παροχή των 3 ρευμάτων Θερμότητα (1) Ισοζύγια μάζας συστατικών (Ν Σ ), Εξισώσεις ισορροπίας φάσεων των συστατικών (N Σ ) Κοινές P, T στα ρεύματα εξόδου (2), Ισοζύγιο ενέργειας (1) Τυπικά είναι γνωστό το ένα ρεύμα εξόδου (Ν Σ +2) και τα P, T 9
10 ΜΕΡΙΚΟΣ ΣΥΜΠΥΝΚΩΤΗΡΑΣ ή ΑΝΑΒΡΑΣΤΗΡΑΣ (Ισοδυναμεί με διαχωριστή ισορροπίας φάσεων)
Υπολογισμός Δοχείου Εκτόνωσης Από το ισοζύγιο μάζας για το συστατικό : F z = Lx + V y (Α) Επίσης ισχύει: y = K x, και L = F - V Εισαγωγή των δύο τελευταίων σχέσεων στην Εξ.(Α) και λύση ως προς x, ορίζοντας α= V/F, οδηγεί: z x = 1+a( K 1) (Β) K z Ομοίως προκύπτει: y = (Γ) 1+a( K 1) Για τον υπολογισμό του V με οποιαδήποτε από τις προηγούμενες εξισώσεις, εφαρμόζεται επαναληπτική διαδικασία έως ότου: Q = x 1 = 0 Q = y 1 = 0 x ή: (Δ) Ο υπολογισμός των x και y γίνεται στη συνέχεια απευθείας με τις Εξ. (Β) και (Γ). y
Υπολογισμός Δοχείου Εκτόνωσης Σχόλια 1. Ο υπολογισμός του V μπορεί να απλοποιηθεί με τη χρήση αντί των Εξ.(Δ) της διαφοράς τους Q (Rachford and Rce, 1952): z ( K 1) Q = ( y x) = = 0 1+ α( K 1) (ΣΤ) Ο λόγος είναι ότι η παράγωγος (dq/dv ) είναι πάντα αρνητική, γεγονός που οδηγεί σε ταχύτατη σύγκλιση, όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος Newton. 2. Άλλοι συνηθισμένοι τύποι υπολογισμών εκτόνωσης απαιτούν τον καθορισμό της θερμοκρασίας ή της πίεσης ώστε να ικανοποιείται κάποια προδιαγραφή προϊόντος ως προς την ποσότητα ή την ποιότητα. Για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων επιλύεται το αρχικό (ευθύ) πρόβλημα πολλές φόρες έως ότου ικανοποιηθούν οι προδιαγραφές των προϊόντων. 3. Για περισσότερες λεπτομέρειες στους υπολογισμούς εκτόνωσης βλέπε, Kng (1981), Mchelsen (1982), και Henley και Seader (1981).
Σχεδιασμός αποστακτικών στηλών Στόχος: Επεξεργασία συγκεκριμένης τροφοδοσίας (ροή και σύσταση) για την παραγωγή προϊόντων επιθυμητών προδιαγραφών. Διαδικασία: Ορίζονται ή υπολογίζονται τα ακόλουθα μεγέθη: Πίεση Λειτουργίας Αριθμός Θεωρητικών Βαθμίδων Βαθμός Απόδοσης Δίσκων (ένα από τα δυσκολότερα θέματα με σημαντικά σφάλματα) Αριθμός Πραγματικών Δίσκων Κατασκευαστικά στοιχεία των δίσκων με στόχο τη μέγιστη δυνατή επαφή Ατμών και Υγρού (βελτίωση απόδοσης), την ελάχιστη δυνατή πτώση πίεσης και τη σταθερότητα της λειτουργίας της στήλης
Σχεδιασμός αποστακτικών στηλών Κατασκευαστικά στοιχεία της στήλης: o o o o o o Διάμετρος Απόσταση δίσκων Χώρος υγρού στον πυθμένα της στήλης Χώρος πάνω από τον πρώτο δίσκο της στήλης (κορυφή) Διάμετρος εισόδων, εξόδων και αναρροής Διανομέας ατμού κάτω από τον τελευταίο δίσκο Κατασκευαστικά στοιχεία βοηθητικών μηχανημάτων: o o o o o Συμπυκνωτήρας Αναβραστήρας Δοχείο συλλογής προϊόντος κορυφής Αντλίες Όργανα μέτρησης/ρύθμισης, μόνωση, εξωτερικές κατασκευές
Πίεση λειτουργίας αποστακτικής στήλης Η εκλογή της πίεσης λειτουργίας αποτελεί το πρώτο και καθοριστικό βήμα κατά το σχεδιασμό μιας αποστακτικής στήλης, καθότι επηρεάζει σημαντικά το κόστος του προϊόντος (πάγιο και λειτουργικό κόστος της στήλης) έχοντας άμεση επίδραση στα ακόλουθα: Σχετική πτητικότητα, άρα ευκολία διαχωρισμού Ογκομετρική ροή ατμών, άρα διάμετρο στήλης Πάχος τοιχώματος στήλης Θερμοκρασίες λειτουργίας
Επιπτώσεις της Πίεσης λειτουργίας της στήλης Αύξηση Πίεσης, P K H K L Πυκνότητα ατμών Πάχος τοιχώματος, δ α L,H =K L /K H Ογκομετρική Παροχή V Πάγιο Κόστος R N Διάμετρος, D -Κόστος λειτουργίας -Διάμετρος -Μέγεθος εναλλακτών Πάγιο Κόστος Πάγιο Κόστος 19 Θερμοκρασίες λειτουργίας - Επιλογή Ψυκτικού Μέσου πλην νερού - Ενδεχόμενη θερμική διάσπαση προϊόντων - Λειτουργία Αναβραστήρα με ατμό υψηλότερης πίεσης
Υπολογισμός Πίεσης λειτουργίας αποστακτικής στήλης Η εκλογή της πίεσης λειτουργίας στηρίζεται στις ακόλουθες παρατηρήσεις: Η ψύξη είναι ακριβότερη από τη θέρμανση (για την ίδια θερμοκρασιακή διαφορά). Από το Σχήμα 1 είναι προφανές ότι όσο οι συνθήκες λειτουργίας είναι πλησιέστερα στις συνθήκες περιβάλλοντος τόσο το κόστος είναι μικρότερο. Κόστος / Kcal 150 125 100 75 50 25 0-100 -75-50 -25 0 25 50 75 100 Θερμοκρασία (οc) Το φθηνότερο ψυκτικό μέσο είναι το φυσικό νερό (θαλασσινό, γεώτρησης, κλπ) Σχήμα 1.
Υπολογισμός Πίεσης λειτουργίας αποστακτικής στήλης Στην περίπτωση ολικού συμπυκνωτήρα η ελάχιστη πίεση λειτουργίας εκλέγεται έτσι ώστε η θερμοκρασία έναρξης βρασμού (ΘΕΒ) του προϊόντος κορυφής να είναι 8-15 ο C υψηλότερη από τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου (συνήθως νερού). Ατμός κορυφής (ΘΕΥ) Δt 2 Συμπύκνωμα (ΘΕΒ=t D ) Δt 1 = 8 15 o C Νερό ψύξης (t w ) t D =t w +Δt 1 και P mn =P ΕΒ (x D, t D )
Υπολογισμός Πίεσης λειτουργίας αποστακτικής στήλης Στην περίπτωση μερικού συμπυκνωτήρα η ελάχιστη πίεση λειτουργίας εκλέγεται έτσι ώστε η θερμοκρασία εξόδου του συμπυκνούμενου μίγματος να είναι τέτοια ώστε να επιτυγχάνεται ο επιθυμητός βαθμός συμπύκνωσης (υπολογισμός flash). H θερμοκρασία αυτή πρέπει να είναι και πάλι να είναι 8-15 ο C υψηλότερη από τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου (συνήθως νερού). Η πίεση λειτουργίας ορίζεται λίγο μεγαλύτερη από την ελάχιστη ώστε τελικά το συμπύκνωμα να βγαίνει σε υπόψυκτη κατάσταση για να μην δημιουργούνται προβλήματα στις αντλίες που ακολουθούν.
Υπολογισμός Πίεσης λειτουργίας αποστακτικής στήλης Αν ο υπολογισμός οδηγεί σε πίεση ασύμφορα υψηλή τότε χρησιμοποιείται ψυκτικό σύστημα χαμηλής θερμοκρασίας. Αν ο υπολογισμός οδηγεί σε υποατμοσφαιρική πίεση συνήθως η πίεση λειτουργίας επιλέγεται ελαφρά μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική. (γιατί?) Άνω όριο της πίεσης λειτουργίας αποτελεί η πίεση που οδηγεί σε θερμοκρασίες λειτουργίας που προκαλούν διάσπαση συστατικών (επιλογή απόσταξης υπό κενό).
Μέθοδοι σχεδιασμού αποστακτικών στηλών ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Υπολογισμός Αριθμού Βαθμίδων ΑΡΙΘΜΟΣ ΒΑΘΜΙΔΩΝ Κατανομή Συστατικών Απλοποιημένες Fenske Underwood Gllland Αναλυτικές Sorel Lews-Matheson Απλοποιημένες Smth-Brnkley Αναλυτικές Σύγκλισης θ Thele-Geddes Naphtal-Sandholm Holland
Απλοποιημένος σχεδιασμός αποστακτικών στηλών 1. Ελάχιστος αριθμός θεωρητικών βαθμίδων (Fenske) 2. Ελάχιστος λόγος αναρροής (Underwood) N mn ln [( X = D α xf = 1 α θ HK ι LK HK q / X B LK ln ( α ) /( X LH α α ) HK D HK ι HK / X B xd = R θ HK )] mn +1 3. Αριθμός θεωρητικών βαθμίδων για δεδομένο λόγο αναρροής (Gllland) X Y R R = mn N N Y = mn R + 1 N + 1 = 1 exp(1.49 + 0.315X 1.805X 0.1 ) 4. Βαθμός απόδοσης δίσκων (O Connell) E 0 = 0.485 0.129b + 0.018b + 0.001b b = ln ( α n ) L 2 3 ) 5. βαθμίδα τροφοδοσίας της στήλης (Krkbrde) m log ( ) n = 0.206 log B D x x F F HK LK x x B D LK HK 2
Είναι η βασική ιδιότητα που προσδιορίζει την ευκολία ενός διαχωρισμού και χρησιμοποιείται στις απλοποιημένες μεθόδους σχεδιασμού Σχετική πτητικότητα, α j a = j K K j K = y x Ανάλογα με τη φύση των συστατικών του μίγματος (ή της ολικής πίεσης του συστήματος) οι τάσεις διαφυγής υπολογίζονται - ανάλογα και με τη φάση - ως: Μη πολικά συστατικά Υψηλές πιέσεις: όπου οι συντελεστές τάσης διαφυγής υπολογίζονται με κυβικές καταστατικές εξισώσεις (π.χ. PR ή SRK). K = y / x = ˆ φ / ˆ φ l v Πολικά συστατικά - Χαμηλές πιέσεις: όπου : ˆv, ˆs φ φ P s με Vral με Antone K l v s ( Pe) = exp ( P P ) RT γ με Van Laar, Wlson, UNIFAC s = γ ˆ φ P s ( Pe) v / ˆ φ P 26 Ιδανικά Διαλύματα Νόμος Raoult K s s P = P P a j = s P / j
Σχετική πτητικότητα, α j Διαφορά Σ.Β. ( o C) α j 27 2 1.05 5 1.11 10 1.25 20 1.6 30 2 50 3.1
28
Αναλυτικός σχεδιασμός αποστακτικών στηλών Οι σύγχρονοι προσομοιωτές επιλύουν ταυτόχρονα τα ισοζύγια μάζας και ενέργειας και τις εξισώσεις ισορροπίας όλων των συστατικών για όλες τις βαθμίδες της στήλης. Οι διαστάσεις του πίνακα που προκύπτει είναι πολύ μεγάλες. Για την επίλυση χρησιμοποιούνται πολλές μέθοδοι σύγκλισης καθεμία από τις οποίες έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά, πχ άλλες συγκλίνουν ταχύτερα στην αρχή και επιβραδύνουν όσο πλησιάζουν στη λύση και άλλες αντιθέτως είναι αργές στην αρχή και επιταχύνουν όσο πλησιάζουν στη λύση. Στους σύγχρονους προσομοιωτές χρησιμοποιούνται τυπικά δύο ή τρεις μέθοδοι επίλυσης, συνδυάζοντας τα πλεονεκτήματα καθεμιάς εξ αυτών.
Αναλυτικός σχεδιασμός αποστακτικών στηλών Έτσι για το τυπικό πρόβλημα του σχεδιασμού μιας νέας αποστακτικής στήλης για την επεξεργασία τροφοδοσίας δεδομένης σύστασης και παροχής προς παραγωγή προϊόντων επιθυμητής σύστασης ακολουθείται συνήθως η εξής διαδικασία: 1. Με χρήση απλοποιημένων μεθόδων (F-U-G-K-O C) εκτιμάται ο αριθμός των δίσκων, η θέση τροφοδοσίας και ο λόγος αναρροής που θα χρησιμοποιηθούν. 2. Με δεδομένη αυτή τη διαμόρφωση της στήλης αναπτύσσεται ο αναλυτικός προσομοιωτής της (σύστημα εξισώσεων). 3. Για την επίλυση του πίνακα χρησιμοποιείται πρώτα μια μέθοδος σύγκλισης που είναι ταχεία στα αρχικά στάδια, πχ η μέθοδος σύγκλισης του θ, ώστε να προκύψει μια ικανοποιητική προσέγγιση της λύσης, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως αρχική τιμή για μια δεύτερη μέθοδο μεγάλης ακρίβειας που επιταχύνεται όσο πιο κοντά στην τελική λύση πλησιάζει πχ η μέθοδος Naphtal-Sanholm. 4. Ελέγχεται αν η ποιότητα των προϊόντων που προκύπτει από το αναλυτικό μοντέλο είναι η επιθυμητή και αν όχι η επίλυσή του επαναλαμβάνεται με μικρές μεταβολές στον αριθμό των βαθμίδων ή το λόγο αναρροής.
Βαθμός απόδοσης αποστακτικών στηλών Οι υπολογισμοί για αποστακτικές στήλες στηρίζονται σε ορισμένες βασικές έννοιες και παραδοχές: Ως θεωρητική βαθμίδα ορίζεται κάθε διάταξη που επιτρέπει : την άμεση επαφή δύο φάσεων έτσι ώστε τα ρεύματα εξόδου να είναι σε ισορροπία, το διαχωρισμό των φάσεων. Λόγω του ότι ο χρόνος επαφής των φάσεων σε μια πραγματική βαθμίδα αποστακτικής στήλης (δίσκος) είναι περιορισμένος, δεν έχουμε πραγματική επίτευξη ισορροπίας. Συνεπώς απαιτούνται περισσότερες βαθμίδες από τις θεωρητικές (Αν έχουμε στήλες με πληρωτικό υλικό μιλούμε αναγκαστικά λόγο μόνο για θεωρητικούς δίσκους). Η πραγματική βαθμίδα αξιολογείται/συγκρίνεται με τη θεωρητική, μέσω του βαθμού απόδοσης. Μπορούμε να θεωρήσουμε την ολική απόδοση στήλης ως: Ε ο = Ν θεωρητικές / Ν πραγματικές
Συνήθως χρησιμοποιείται ο ορισμός του βαθμού απόδοσης δίσκου κατά Murphree, ο οποίος για τη φάση των ατμών δίνεται ως: Ε V =(y n - y n 1 )/(y n y n 1 ) 100% Βαθμός απόδοσης αποστακτικών στηλών όπου με y n σημειώνεται η σύσταση της υποθετικής αέριας φάσης που θα ήταν σε ισορροπία με την υγρή φάση που εξέρχεται από την πραγματική βαθμίδα. Η φυσική σημασία του είναι η σύγκριση της πραγματικής μεταβολής σύστασης σε σχέση με τη μεταβολή όταν υπάρχει ισορροπία. Να σημειωθεί όμως, σε δίσκους μεγάλης διαμέτρου, υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην υγρή σύσταση έτσι ώστε ο ατμός που δημιουργείται από το πρώτο υγρό που φτάνει στο δίσκο θα είναι πιο πλούσιος στο πτητικό συστατικό από αυτόν που θα ήταν σε ισορροπία με το υγρό εξόδου, δίνοντας μερικές φορές βαθμό απόδοσης μεγαλύτερο από 100%. Ανάλογα με τον ατμό μπορεί να οριστεί και βαθμός απόδοσης E L, βάσει του υγρού.
33 Βαθμός απόδοσης αποστακτικών στηλών
Παράγοντες που επηρεάζουν τον βαθμό απόδοσης Ο βαθμός απόδοσης εξαρτάται από : Α. Την επιφάνεια και τον χρόνο επαφής Ατμών και Υγρού Β. Τους ρυθμούς μεταφοράς μάζας στην αέρια και την υγρή φάση Γ. Την παράσυρση υγρού στον ατμό Οι παράγοντες που επηρεάζουν το βαθμό απόδοσης είναι οι ακόλουθοι:
Βαθμός απόδοσης Συνθήκες λειτουργίας 1. Θερμοκρασία 2. Πίεση 3. Ροή ατμών 4. Ροή υγρού 35 Φυσικές Ιδιότητες 1. Πυκνότητα υγρού 2. Ιξώδες υγρού 3. Επιφανειακή τάση υγρού 4. Πυκνότητα ατμού 5. Ιξώδες ατμού 6. Σχετική πτητικότητα 7. Συντελεστής διάχυσης Κατασκευή Στήλης 1. Διατομή αγωγού καθόδου 2. Απόσταση δίσκων 3. Διάταξη αγωγών καθόδου Δίσκου 1. Ελεύθερη επιφάνεια 2. Σχεδιασμός ανοιγμάτων ή οπών 3. Αριθμός βαλβίδων ή οπών 4. Διάταξη βαλβίδων ή οπών 5. Ύψος υπερχειλιστήρα κλπ
Μέθοδοι υπολογισμού βαθμού απόδοσης αποστακτικών στηλών Α. Εξίσωση O Connell: 0 2 3 0.001b B. Μέθοδος AIChE E = 0.485 0.129b + 0.018b + b = ln ( α n ) Πρόκειται για μια αναλυτική μέθοδο με πολλούς υπολογισμούς που απαιτεί χρήση ειδικού προγράμματος που συνήθως περιλαμβάνεται στους εμπορικούς προσομοιωτές. Συχνά χρησιμοποιείται ταυτόχρονα με τα αναλυτικά μοντέλα επίλυσης των στηλών και υπολογίζεται ο βαθμός απόδοσης κάθε βαθμίδας, άρα τελικά δίνεται ο αριθμός των πραγματικών βαθμίδων(δίσκων). L )
Διάμετρος και ύψος στήλης A n = 0. 9 A A n = 1.25V 3600U f m ρ V σ 0.2 ( ) 20 ρ U f = C L ρ ρ V V 0.5 F LV H c ( Lm ρ ) = V Vm ρl 0.5 = ( N 1) S + α 4 C = 0.755 0.0105 + 0.1496 S exp( 1.463 FLV ) 0.842
Σύμβολα m : ο αριθμός των θεωρητικών βαθμίδων πάνω από τη θέση τροφοδοσίας n : ο αριθμός των θεωρητικών βαθμίδων κάτω από τη θέση τροφοδοσίας x : γραμμομοριακά κλάσματα F,D,B: γραμμομοριακές ροές τροφοδοσίας, προϊόντος κορυφής, προϊόντος πυθμένα Ν : αριθμός θεωρητικών βαθμίδων R : λόγος αναρροής α : σχετική πτητικότητα q : θερμική κατάσταση τροφοδοσίας (ποσοστό υγρού, πχ q = 1 κορεσμένο υγρό) A: Διατομή στήλης (m 2 ) A n : ελεύθερη επιφάνεια δίσκου (m 2 ) ρ: πυκνότητα (kg/m 3 ) L m, V m : ροή μάζας υγρού και ατμού αντίστοιχα (kg/h) S: απόσταση δίσκων (m) σ: επιφανειακή τάση υγρού (dyn/cm) Δείκτες: F : B : D : L Κ : H Κ : H c : N α : τροφοδοσία προϊόν πυθμένα προϊόν κορυφής ελαφρύ συστατικό κλειδί βαρύ συστατικό κλειδί ύψος στήλης (m) αριθμός πραγματικών δίσκων
Συνθήκες λειτουργίας δίσκων Ειδικές καταστάσεις λειτουργίας: 1. Παράσυρση (entranment) 2. Πλημμύριση (floodng) 3. Γέμισμα (prmng) 4. Δάκρυσμα (weepng/dumpng)
Συνθήκες λειτουργίας δίσκων
Παράσυρση υγρού στον ατμό Ψ = kg παρασυρόµενου υγρού kg συνολικού κατερχόµενου υγρού Η παράσυρση μειώνει την απόδοση των δίσκων. 41 Ευνοείται από: 1. Μικρή απόσταση δίσκων 2. Μεγάλες ταχύτητες ατμών 3. Μεγάλο ύψος υπερχειλιστήρα 4. Μεγάλες ταχύτητες υγρού 5. Μικρή επιφανειακή τάση υγρού 6. Μεγάλες αποστάσεις βαλβίδων 7. Μεγάλη διάμετρο οπών 8. Μεγάλη διαδρομή υγρού
Τύποι δίσκων αποστακτικών στηλών Διάτρητος δίσκος Δίσκος με bubble-caps
Οριακές καταστάσεις λειτουργίας στηλών Αφρισμός Παράσυρση