أهمية حساب نقطة الفقاعة والتدفق العكسي في اختبارات التقطير

يبدو أن نقطة الغليان في حالة الرجوع هي أساس افتراض التدفق المولي المتساوي في مبادئ الهندسة الكيميائية، فإذا لم يكن هناك رجوع عند نقطة الغليان، فلا يمكن اعتبار أن تدفق الطور السائل داخل البرج يساوي تدفق الرجوع، أليس كذلك؟

تعريف نقطة الفقاعة هو تحقيق التوازن بين الفقاعة والمرحلة السائلة، أي عودة كل المرحلة السائلة! نقطة الندى هي نقطة تحقيق التوازن بين القطرات السائلة والطور الغازي.

بالنسبة للمصانع، يعني ذلك أن بعض المعدات تأتي من موردين مختلفين. على سبيل المثال، إذا كانت شروط تصميم نظام التقطير الخاص بك تتطلب استخدام مادة خام عند نقطة الفقاعة، فإنه بالنسبة للمواد في ظروف درجة حرارة وضغط عاديين (1 أتموسفير، 25 درجة مئوية)، يجب تسخين (أو تبريد) المادة، وزيادة (أو تقليل) الضغط حتى يصل إلى درجة الحرارة والضغط المطلوبين عند نقطة الفقاعة. ولا يأخذ مصنعو أنظمة التقطير في الاعتبار أي معدات إضافية لرفع (أو خفض) درجة الحرارة أو الضغط. وعلى العكس من ذلك، يجب على مصممي أنظمة التقطير أخذ ذلك في الاعتبار، كما يتعين عليهم حساب تكاليف أجهزة زيادة/نقص الضغط ورفع/خفض درجة الحرارة، بالإضافة إلى تحصيل رسوم التصميم. إذا كان الأمر مجرد تصميم مشروع لطالب، فقد يعني ذلك الحاجة إلى تحديد أجهزة التحكم في درجة الحرارة أو الضغط، بالإضافة إلى حساب المعايير المتعلقة بها… باختصار، محتوى التصميم قليل، وبالتالي تقل تكلفة التصميم أيضًا. لذلك، يفضل العديد من الشركات توفير التكاليف، ويقررون بشكل عشوائي التخلي عن التفاصيل التي يعتقدون أنها بسيطة ولا تحتاج إلى حسابات هندسية، من أجل تقليل تكاليف التصميم

إذا لم يكن هناك تدفق عكسي، فهل يصبح افتراض التدفق المولي المتوازن غير صحيح؟

شروط تحقق الافتراض المتعلق بالتدفق المولي الثابت: 1. أن تكون طاقة التبخر المولية لكل مكون متساوية； 2. يمكن تجاهل الحرارة الظاهرية التي تتبادل عند تلامس الغاز والسائل بسبب اختلاف درجات الحرارة ； 3. التدفئة جيدة، ويمكن تجاهل فقدان الحرارة في البرج. الشرط الثاني يتعلق بعملية الرجوع بالسائل في حالة التشبع، حيث يجب أن يعود السائل إلى حالة التشبع. في هذه الحالة، يمكن لـ 1 مول من البخار المتكثف أن يؤدي إلى تبخر 1 مول من السائل تقريبًا. في هذه الحالة فقط، يتوافق تدفق المرحلتين الغازية والسائلة مع افتراض التدفق ذو المول المستمر.

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة Higee في تاريخ 5/6/2017 الساعة 16:16. في الواقع، لا يوجد علاقة حتمية بين استخدام طريقة التبخير العكسي وافتراض التدفق المولي الثابت. إحدى الشروط المسبقة لصحة فرضية التدفق المولي الثابت هي أن الطاقة اللازمة لتبخر المكونات الخفيفة والثقيلة تكون متساوية تقريبًا، ولا علاقة لذلك بوجود أو عدم وجود تدفق عائد عند نقطة الغليان؛ ويمكن فهم ذلك من خلال قراءة كتب مبادئ الهندسة الكيميائية. إذًا، ما الفرق بين العودة بالتبخير والعودة غير الناتجة عن التبخير، أي العودة الناتجة عن التبريد الزائد؟ الأمر يتعلق بشكل أساسي بما إذا كانت كمية السائل العائد من خارج البرج مساوية لكمية السائل الذي ينخفض في قسم التقطير داخل البرج، أي الفرق بين كمية السائل في الداخل والخارج. وهذا الفرق يحدد نسبة السائل العائد داخل البرج وخارجه، لكن العامل الذي يؤثر بشكل حاسم على عملية الفصل داخل البرج هو نسبة السائل العائد داخل البرج نفسه. عند الرجوع غير عند نقطة الفقاعة، فإن معامل الرجوع المستخدم في الحسابات لا يساوي كمية السائل العائد خارج البرج / كمية البخار الصاعد من قمة البرج.

@إذا كان الأمر كما تفهمه، فهذا ليس صحيحًا تمامًا. في حالة الرجوع بالسائل عند نقطة الغليان، فإن كمية السائل الذي ينخفض في اللوحة الأولى في قسم التقطير تساوي L1، وهي تساوي كمية السائل العائد من خارج البرج، أي L. أما في حالة الرجوع بالسائل دون الوصول إلى نقطة الغليان، فإن كمية السائل الذي ينخفض في اللوحة الأولى لا تساوي L1، وبالتالي لا تساوي كمية السائل العائد من خارج البرج. مفهوم التدفق المولي الثابت يعني أن كمية السائل الذي ينخفض في كل لوحة في قسم التقطير تكون متساوية، أي L1 = L2 = ...، وهذا لا علاقة له بما إذا كانت قيمة L1 تساوي L أم لا

تفترض النسخة الكاملة للتدفق المولي الثابت ما يلي: 1. التبخر المولي الثابت: في قسم التقطير أو قسم الإستخلاص، يكون تدفق البخار المولي لكل طبقة في البرج متساويًا； V1=V2=V3=...=V=قيمة ثابتة. 2. التدفق المولي المستمر: في قسم التقطير أو قسم الإخراج، فإن كمية السائل التي تتدفق من كل طبقة في البرج تكون متساوية ； L1=L2=L3=...=L=قيمة ثابتة، يُطلق على التدفق المولي الثابت والتبخر المولي الثابت مجتمعين افتراض التدفق المولي الثابت. (ملاحظة: L = L1). النقطة المهمة هي أن الفكرة الأساسية وراء افتراض التدفق المولي الثابت تكمن في أن “الحرارة الناتجة عن تكثيف مول واحد من البخار عند تلامسه مع الطور السائل، تكون كافية لتبخير مول واحد من السائل”. هذا النوع من تدفق الغاز والسائل هو الذي يتوافق مع فرضية التدفق ذو المول المستمر. نظرًا لأن الطورين الغازي والسائل الخارجين من كل لوح نظري يكونان في حالة تشبع، فإن إعادة التدوير في مبرد القمة، إذا لم تكن في حالة تشبع، فلا بد أنها لن تفي بالشرط الأساسي وهو أن “الحرارة الناتجة عن تكثيف مول واحد من البخار عند اتصال الطورين يجب أن تكون كافية لتبخير مول واحد من السائل”. وبالتالي، فإن ذلك لا يتوافق مع افتراض التدفق المولار الثابت.

@ifgotmoney، ما ذكرته بخصوص الجزء الأحمر صحيح، لكن يجب الانتباه إلى أنه لا يمكن تحديد ما إذا كان التدفق مولاريًا ثابتًا أم لا إلا بعد أن يصل تشغيل البرج إلى حالة التوازن. بعد استقرار عملية التقطير، فإن الفرق في الحرارة بين التدفق البارد وتدفق نقطة الرغوة يتم توفيره في النهاية من خلال جهاز التبخير الموجود في قاع البرج، وذلك عبر بخار الغازات الصاعد من طبقات البرج المختلفة، وهو ما لا يؤثر على افتراض ثبات المول. وبالعودة خطوة إلى الوراء، كيف يتم حساب عملية التقطير بالتدفق البارد، أي غير عملية التدفق بنقطة الغليان؟ يكفي استبدال نسبة التدفق الخارجي بنسبة التدفق الداخلي، ثم كتابة معادلة خط التشغيل، ويمكن حلها باستخدام الطريقة التدريجية لكل لوحة أو الطريقة الرسومية. بالطبع، الشرط الأساسي لحل المسألة بهذه الطريقة هو وجود تدفق ثابت من حيث المولات؛ أما إذا كان التدفق غير ثابت، فإن الخط التشغيلي لن يكون خطًا مستقيمًا.