Параметризация зависимости производительности колонны от затрат теплоты при учете необратимости тепло и массопереноса

Подстановка суммарного производства энтропии в выражение (10.9) позволяет получить уточненную оценку для возможностей бинарной ректификации.

Подчеркнем, что форма границы реализуемых режимов колонны бинарной ректификации определяется всего двумя параметрами, каждый из которых зависит от параметров разделяемой смеси и режима. Будем называть параметр Ъ обратимым КПД колонны, а параметр а — коэффициентом необратимости. Максимально целесообразные затраты теплоты и предельная производительность определены через эти параметры выражениями (10.14) и (10.15).

Легко показать, что КПД колонны с учетом необратимости ц = —.

<2.

для режима с предельной производительностью не зависит от необратимых факторов и равен 0,5Ь (половине обратимого КПД). От этих факторов зависят значения предельной производительности и соответствующих ей затрат теплоты. Это обстоятельство соответствует тому известному факту, что значение КПД цикла тепловой машины, соответствующего максимуму ее мощности (КПД Новикова — Курзона — Альбурна), не зависит от кинетики теплопереноса.

В выражение (10.31) входит эффективный коэффициент массопереноса к, который будем предполагать известным. Найти величину к можно по результатам измерений на действующей колонне.

Температура греющего пара Т₊ несколько выше температуры в кубе Т_в, а температура охлаждающей воды в дефлегматоре Т_ несколько ниже T_D. Их можно выразить через тепловой поток и коэффициенты теплопереноса, но для получения оценок можно приравнять эти температуры к Т_в и T_D соответственно, пренебрегая различием, составляющим от 7 до 15 градусов.

Зависимость флегмового числа от нагрузки колонны. Флегмовое число R, равное отношению потока флегмы, возвращаемого в колонну, к отбору продукта из дефлегматора, является важным управляющим параметром. Выразим его через обратимый КПД и коэффициент необратимости, определяющие связь производительности с расходом теплоты.

Запишем уравнение материального баланса по потокам, поступающим в дефлегматор и выходящим из него:

Здесь L — поток флегмы, возвращающийся в колонну.

После деления этого уравнения на поток продукта, покидающий дефлегматор, и замены расхода пара через q и теплоту парообразования получим для рабочей области.

В частности, для режима, соответствующего предельной производительности,.