3.8. Характеристика контактных элементов колонны

Условием задания установлен тип контактных элементов ректификационной колонны – клапанные тарелки. В разделе 3.7 был рассчитан диаметр колонны - , и по Приложению 5.1 [1] выбраны клапанные тарелки типа ТКП с характеристиками и конструкцией, представленными ниже.

Рис. 3.8 Эскиз клапанной тарелки типа ТКП.

3.9. Проверочный расчёт расстояния между тарелками

Проверка выбранного в гл. 3.7 расстояния между тарелками производится по величине брызгоуноса – уноса капель жидкости встречным потоком пара в колонне.

Явление брызгоуноса уменьшает движущую силу процесса ректификации и снижает чёткость разделения смеси.

Норма на брызгоунос составляет: .

Значения брызгоуноса рассчитывают в том случае, если .

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Величина брызгоуноса для тарелок колонны принимается равной 0,001, расстояние между тарелками 0,35 м удовлетворяет норме по уносу жидкости.

3.10. Определение рабочих характеристик тарелок

Высота светлого слоя жидкости на клапанных тарелках рассчитывается по формуле 5.49 [1]:

(3.7)

– линейная плотность орошения, :

(3.8)

L – расход жидкости, кг/с;

– периметр слива (ширина сливной перегородки), м.

- высота переливной перегородки, м;

m – показатель степени:

- скорость газа в сечении тарелки, м/с (расчитана в разд. 3.7)

– вязкость жидкости на тарелке, ;

– поверхностное натяжение жидкости и чистой воды соотв., .

Брызгоунос для клапанных тарелок рассчитывается по формуле 5.52 [1]:

где:

- скорость газа в полом сечении колонны, м/с;

– поправочный коэффициент, учитывающий свойства жидкости, равный:

– плотность жидкости, ;

- поверхностное натяжение на границе жидкость – газ, мН/м;

- высота сепарационного пространства между тарелками, м;

Для клапанных тарелок:

Т.о. брызгоунос для клапанных тарелок рассчитывается по формуле:

(3.9)

Высота сепарационного пространства рассчитывается из условия:

– высота газожидкостного барботажного слоя (пены):

(3.10)

- газосодержание барботажного слоя, (м³/м³).

Газосодержание барботажного слоя рассчитывается по формуле [1]:

(3.11)

– критерий Фруда:

(3.12)

g – ускорение свободного падения .

Исходя из конструкции тарелки:

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

3.11. Расчёт числа реальных тарелок

3.11.1. Определение коэффициентов массоотдачи

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе (уравнение 6.37 [1]):

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе (уравнение 6.38 [1]):

, - коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой и паровой фазах, м²/c;

U – плотность потока жидкости, м/с:

- вязкости жидкой и паровой фаз, ;

- доля свободного сечения тарелки, ;

– высота светлого слоя жидкости и газосодержание слоя (гл. 3.10).

Коэффициент молекулярной диффузии бинарной смеси веществ A (лк) и B (тк) в паровой фазе рассчитывается по уравнению 6.20 [2]:

– мольные объёмы паров А (лк) и В (тк), см³/моль.

Из табл. 6.3, [2]:

Для расчёта коэффициента молекулярной диффузии в жидкой фазе используется уравнение:

где:

– коэффициент молекулярной диффузии вещества А в веществе В,

– коэффициент молекулярной диффузии вещества B в веществе A.

где: β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул: [2].

Для верхней части колонны

(см. прил. 1)

(см. разд. 3.6)

(см. разд. 3.6)

Коэффициент вязкости смеси в паровой фазе:

По формулам 3.12 – 3.18 на ЭВМ производится расчёт коэффициентов массоотдачи в жидкой и паровой фазах для верхней части колонны:

Пересчёт коэффициентов массоотдачи на :

Для нижней части колонны

(см. прил. 1)

(см. разд. 3.6)

(см. разд. 3.6)