Ректификационная установка непрерывного действия

                                                        (2.39)

где и — коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, кмоль/(м²-с).

         В частности, для определения коэффициентов массоотдачи процессов ректификации бинарных систем, для тарелок барботажного типа рекомендуются обобщенные критериаль-ные уравнения типа, которые приводятся к удобному для расчетов виду:

                                    (2.40)

                                   (2.41)

 

1.5 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок находят по уравнению:

                             (2.42)

где − удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки, м²/с;

       − ширина сливной перегородки, м;

       − высота переливной перегородки, м;

      - в мПа∙с, [2 рис. V c.556];

       m=0,05−4,6∙ =0,05-4,6∙0,03=−0,088.

         , - поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней тем-пературе в колонне, Н/м, [2 c.527].

.

где и - поверхностные натяжения соответственно для этилацетата и толуола, [2 c.527];

        - массовая доля легколетучего компонента в исходной смеси.

Для верхней части колонны

Для нижней части колонны

Паросодержание барботажного слоя находят по формуле:

                                                                (2.43)

где

 

Для верхней части колонны:

           

Для нижней части колонны:

           

 

1.6 Коэффициенты массопередачи и высота колонны

Для верхней части колонны:

коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

коэффициент массоотдачи в паровой  фазе

Для нижней части колонны:

коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

коэффициент массоотдачи в паровой фазе

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи  на кмоль/(м²∙с):

для верхней части колонны

для нижней части колонны

Коэффициенты массоотдачи, рассчитанные по средним значениям скоростей  и физических свойств паровой и жидкой фаз, постоянны для верхней и нижней частей колонны. В то же время коэффициент массопередачи — величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия, т. е. от коэффициента распределения. Поэтому для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициента массопередачи в интервале изменения состава жидкости от x_w до х_Р.

         Пусть х  = 0,03. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) т =2,933.

Коэффициент массопередачи K_yf вычисляем по коэффициентам массоотдачи в нижней части колонны:

.

        

Общее число единиц переноса на тарелку  , находим по уравнению (2.38):

         Локальная эффективность по уравнению (2.37) равна:

         Для определения эффективности по Мэрфри необходимо рассчитать также фактор массопередачи , долю баипасирующеи жидкости , число ячеек полного перемешивания S и межтарельчатый унос е.

         Фактор массопередачи для нижней части колонны:

.

         Для ситчатых тарелок при факторе скорости долю баипасирующеи жидкости принимают

         Для колонн диаметром более 600 мм с ситчатыми, колпачковыми и клапанными тарел-ками отсутствуют надежные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l=300—400 мм.

Примем l = 350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке l_т к длине l. Определим длину пути жидкости l_т, как расстояние между переливными устройствами:

                                                           (2.44)

         Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке

         Относительный унос жидкости е в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В настоящее время нет надежных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации. Для этих процессов унос можно оценить с помощью графических данных, представленных на рис. 6.7 [5]. По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса . Коэффициент m учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, опре-деляют по уравнению:

                                     (2.45)

Откуда

         Высота сепарационного пространства Н_с равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью тарелки, расположенной выше:

                                                         (2.46)

где Н — межтарельчатое расстояние, м;

       h_П = h₀/(1 — ) —высота барботажного слоя (пены), м.

В соответствии с каталогом (10) для колонны с диаметром 1600 мм расстояние Н = 0,5 м.

Hc = 0,5 - 0,065 = 0,397 м

Тогда

                  

При таком значении комплекса  унос е = 0,12 кг/кг. Унос жидкости в верхней части колонны не отличается от уноса в верхней части е = 0,12 кг/кг

         Подставляя в уравнения (2.33) — (2.36) вычисленные значения m, E_y, , S и e, определяем к. п. д. по Мэрфи :

Зная эффективность по Мэрфри, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелке у_к по соотношению:

где у_н и у* — концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

         Отсюда

Аналогичным образом подсчитаны у_к для других составов жидкости. Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены ниже:

 

Таблица 2 - Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии.

Параметр	Нижняя часть  колонны				Верхняя часть  колонны
X	0,03	0,2	0,3	0,4	0,6	0,8	0,9
M	2,933	2,14	1,843	1,65	1,335	1,14	1,063
Kyf	0,021	0,023	0,024	0,025	0,023	0,024	0,024
Noy	0,805	0,909	0,955	0,988	0,892	0,926	0,94
Ey	0,553	0,597	0,615	0,628	0,59	0,604	0,61
B	1,188	0,594	0,855	0,788	0,765	0,798	0,813
E11MY	0,852	0,847	0,843	0,839	0,832	0,842	0,846
E1MY	0,72	0,747	0,756	0,761	0,756	0,764	0,768
EMY	0,677	0,701	0,709	0,713	0,698	0,696	0,694
yk	0,069	0,386	0,519	0,64	0,777	0,895	0,946

 

Взяв отсюда значения х и y_к, наносят на диаграмму х — у точки, по которым проводят кинетическую линию (рис.4). Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах концентраций от х_Р до x_F определяют число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) части N_B и в интервалах от x_F до x_w,— число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны N_H. Общее число действительных тарелок:

N=N_В+N_Н.                                                            (2.66)

N=10+8=18.

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле

                                                   (2.67)

где h — расстояние между тарелками, м;

       z_в ,z_н − расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

Подставив, получим:

Рисунок 4 – Определение числа  действительных тарелок

 

1.7 Гидравлическое сопротивление тарелок колонны.

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны Р_к определяют по формуле

                                                   (2.68)

где и — гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.

Полное гидравлическое сопротивление  тарелки складывается из трех слагаемых 

                                                       (2.69)

Гидравлическое сопротивление сухой ситчатой тарелки по уравнению (5.57) равно

                                                            (2.70)

где - коэффициент сопротивления сухих тарелок,

      - скорость пара в рабочем сечении тарелки,

      - средняя плотность паров, кг/м³;

      - свободное сечение тарелки,

Гидравлическое сопротивление  газожидкостного слоя на тарелках различно для верхней и нижней частей колонны:

                                                       (2.71)

                                                       (2.72)

где и - плотность жидкости соответственно вверху и внизу колонны, кг/м³,