3. Рассчитываем среднемассовые поток пара для верха и низа колонны.

(10) (11)

где М^В_у и М^Н_у есть средне молярные массы паров в верхней и нижней части колонны которые соответственно равны:

(12)

(13)

где у_ср.в и у_ср.н средний мольный состав пара находим его по формуле (9)

кмоль / кмоль смеси

следовательно проводим расчет:

кг / моль

кг / моль

подставив полученные значения в формулы (10) и (11) соответственно получим

Физические свойства компонентов разделяемой смеси

1. Расчет физических величин смеси: для бинарных смесей без образования химических соединений справедливо правило аддитивности.

(12)

Найдем плотности при соответствующих температурах(Данные берм из источника литературы № 2):

При 20⁰С

кг / м³

кг / м³

кг / м³

кг / м³

кг / м³

При t _{кипения}

кг / м³

кг / м³

кг / м³

кг / м³

кг / м³

(*)Определим средние температуры паров и жидкости верха и низа колонны (по рисунку №2)

2. Вязкость жидких смесей

По формуле:

(13)

где _б _х вязкости бензола и хлор бензола при соответствующих температурах.

при 20 ⁰С

Па с

Па с

при t _{кипения}

Па с

Па с

Удельные поверхности натяжения

Н/М

Н/М

Найдем плотности жидкостей и паров при средних температурах полученные выше (см (*) )

(14) (15)

где молярные массы были получены при расчете формул (6), (7), (11) и (12) а Т⁰ есть 273 К

кг/м³ кг/м³

кг/м³ кг/м³

3. Вязкость паров для верха и низа колоны

(16)

Где молярные массы были посчитанные в формулах (11) и (12)

Па с

Па с

Определение диаметра колонны и высоты насадки

По условию колонна насадочная с кольцами Рашига

25х25х3 a= 200  = 0.74 d =0.015

1. Найдем предельную фиктивную скорость при которой происходит захлебывание колоны

Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Рабочую скорость для ректификационной колонны работающей при атмосферном давлении можно принять на 20 – 30% ниже скорости захлебывания.

Скорость захлебывания рассчитывается по формуле:

(17)

где  - средние плотности,  - вязкости (они посчитаны выше в параграфе физические свойства)

А поскольку соотношение L/G и физические свойства фаз различны для верха и низа колонны считаем для каждой части в отдельности:

2. Найдем рабочею скорость.

Принимаем рабочую скорость на 30% ниже придельной и находим:

;

3. Рассчитываем диаметр ректификационной колонны.

(18)

Определим соответственно диаметр верха и низа колонны:

;

Принимаем стандартный размер колонны D= 800 тогда действительные рабочие скорости будут равны:

;

от придела; от придела

4. Высота насадки

Высоту насадки определяют по модифицированному уравнению массопередачи

(19)

где n_оу – общие число единиц переноса по паровой фазе; h_оу – общая высота единицы переноса

Расчет числа единиц переноса

Строим график (рис 3) и определяем число единиц переноса вычисляя интеграл:

(20)

по рисунку 1 задав У – рабочие находим У равновесное

У	0,014	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,714	0,8	0,9	0,958
У*	0,05	0,12	0,208	0,354	0,47	0,576	0,641	0,698	0,758	0,875	0,975	0,99
1/(У*-У)	27,8	14,3	9,3	6,5	5,9	6,0	7,1	10,2	22,7	13,3	17,5	31,2
****	Низ колоны								ввод	Верх колоны

Рассчитаем высоту единицы переноса

Общая высота единицы переноса определим по уравнению аддитивности:

Где h_y и h_x частные высоты единиц переноса соответственно в паровой и жидкой фазе, m – средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Рассчитаем h_y и h_x :

Высота единиц переноса в жидкой фазе

(22)

где с и Ф – коэффициенты определяемые по рисунку 6.6(а) (1-(стр 233))кривая 1 Pr_x=_x / (_x*D_x) – критерий Прандтля для жидкости; Z – высота слоя насадки одной секции, которая из условий прочности опорной решетки и нижних слоев насадки, а так же из условия равномерности распределения жидкости по насадке не должна превышать 3м.

Высота единиц переноса в паровой фазе

(23)

где  — коэффициент определяемый по рисунку 6.6 (а) (1-(стр 233))кривая 1;

Pr_y=_y / (_y*D_y) – критерий Прандтля для пара. L_s=L / (0.785d²) массовая плотность орошения; d – диаметр колонны;

Расчет всех коэффициентов, не обходимых для решения уравнений (22) и (23) соответственно:

 = 95; c = 0.95 Ф = 0,038  = 80; c = 0.8 Ф = 0,04

Для расчета высоты единиц переноса не обходим определить коэффициент диффузии и вязкости (вязкости были посчитаны ранее в параграфе физические свойства)

Расчет коэффициента диффузии

Мольные объемы компонентов при соответствующих температурах кипени:

Бензол : см³/моль

Хлорбензол см³/моль

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен:

(24)

Коэффициент диффузии в жидкости D_x.20 при температуре 20⁰С можно приблизительно вычислить по формуле:

(25)

где А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; _b и _T — мольные объемы бензола и хлор бензола соответственно при температуре кипения;

Рассчитаем общею часть в формуле (25) для удобства расчета коэффициента диффузии:

Теперь уже рассчитаем коэффициенты диффузии для верха и низа колонны по формуле (25) с учетом посчитанной нами заранее общей части уравнения:

M²/C

M²/C

Определим температурные коэффициенты по формуле:

(26)

Для низа и верха колонны соответственно

Отсюда по формуле (24) получаем:

Найдем коэффициент диффузии в паровой фазе по уравнению:

(27)

где Т – средняя температура в соответствующей части колонны К; Р – абсолютное давление Па.

м²/с

м²/с

Таким образом для верхней части колонны получаем:

и для нижней части колонны:

_{И общая высота единици переноса рассчитывам по уравнению (21)}

Вычислим высоту насадки в верхней и нижней части колонны:

Общая высота насадки в колонне равна:

H = 2.5 + 4.6 = 7.1м

Считаем число секций насадки:

секция секция

Определение высоты колонны

И считаем общею высоту колонны по уравнению:

(28)

с учетом данных на (стр 235 (1) ) Z_В =0,6 Z_Н = 1,5 метра

подставляем полученные данные и получаем

Гидравлическое сопротивление насадки находим по уравнению

(29)

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки рассчитывается по уравнению:

(30)

где  – коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящей от режима движения газа в насадке.

Найдем критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней части колонны:

(31) (32)

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде колец Рашига находим по уравнению:

(33)

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки в нижней и верхней части колонны равно:

Па

Па

Плотность орошения в верхней и нижней части колонны определим по уравнениям :

(34) (35)

Гидравлическое сопротивление насадки в верхней и нижней части колонны равно :

Па

Па

и общее гидравлическое сопротивление равно:

Тепловой балансы

По условию вода оборотная (г. Краснодар) (таблица ХL (2) ) t_зима = - 2,1

Вода охлаждения:

(***)

(**)Пар обогрева:

Тепловой баланс

1. t_P = 85 ⁰C расход тепла охлаждающей воде дефлегматоре

2. t_P = 85 ⁰C Расчет расхода тепла получаемого кипящей жидкостью

t_F = 101 ⁰C от конденсирующегося пара в кубе-испарителе

t_W = 130 ⁰C

3. t _P = 85 ⁰C t _нач = 20 ⁰C t _Сред = 80 ⁰C

4. t _P = 85 ⁰C t _кон = 30 ⁰C t _сред = 58 ⁰C

4. t _W = 130 ⁰C t _кон = 30 ⁰C t _сред = 80 ⁰C

Расчет и подбор трубопроводов