Определение действительного числа тарелок и высоты колонны
Расчет высоты светлого слоя жидкости и паросодержания барботажного слоя.
Расчет вязкости жидкости:
Высота светлого слоя жидкости:
Паросодержание барботажного слоя:
Расчет коэффициента молекулярной диффузии распределяемого компонента в жидкости и паре.
Коэффициент диффузии в жидкой фазе может быть вычислен по уравнениям:
;
где х и х принимают при температуре 20С;
где:
t – средняя температура в соответствующей части колонны, С;
A, B – коэффициенты, зависящие от свойств растворяющегося вещества и растворителя (А=1, В=1);
–мольные объемы
компонентов в жидком состоянии при
нормальной температуре кипения:
–молярные массы
соответственно четыреххлористого
углерода и 1,2–дихлорэтана.
Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:
где:
Р – абсолютное давление в колонне, Па;
Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;
Для верхней части колонны:
Для нижней части колонны:
Расчет коэффициента массоотдачи.
[1, стр.206, 5–40, 5–41]
Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м2с):
Коэффициенты массоотдачи, рассчитанные по средним значениям концентраций, скоростей, и физических свойств паровой и жидкой фаз, постоянны для верхней и нижней части 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, рассчитаем несколько значений коэффициента массопередачи в интервале изменения состава жидкости от xw до xp.
Для определения высоты колонны необходимо знать число действительных тарелок. Число тарелок рассчитывается графоаналитическим методом – построением кинетической линии при помощи КПД по Мэрфри, рассчитанным через числа единиц переноса.
КПД по Мэрфри равен:
,
где:
λ – фактор массопередачи;
Еу – локальная эффективность по пару;
е – межтарельчатый унос жидкости, кг жидкости / кг пара;
θ – доля байпасирующей жидкости;
S – число ячеек полного перемешивания;
m – тангенс угла наклона равновесной линии.
[1, c.104, 3–46].
Для модели идеального смешения для жидкой фазы и идеального вытеснения для газовой фазы КПД по Мэрфри может быть рассчитан по уравнению:
[1, cтр.239, 6–34],
где
– общее число единиц переноса [1, cтр.239,
6–35].
Коэффициент массопередачи, отнесенный к единице рабочей площади тарелки, определяется по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:
,
[1, стр.239, 6–36]
Длина пути жидкости:
Число тарелок полного перемешивания:
где 0,35 – длина пути жидкости, которой соответствует одна ячейка перемешивания.
Высота сепарационного пространства:
Hс = H - hп, где H – межтарельчатое расстояние (H = 0,5 м); hп=h0/(1-)–высота пены;
Значение байпаса принимается равным 0,1
Экспериментальные и расчетные данные для построения кинетической линии.
|
|
x |
M |
Kyf |
n0y |
Ey |
λ |
e |
B |
E''My |
E'My |
EMy |
yн |
y* |
yк |
|
Н И З |
0,05 |
1,834 |
0,03009 |
0,963 |
0,618 |
2,503 |
0,00324 |
1,717 |
1,143 |
0,867 |
0,863 |
0,05 |
0,09 |
0,08 |
|
0,10 |
1,618 |
0,03122 |
0,999 |
0,632 |
2,208 |
0,00324 |
1,548 |
1,102 |
0,868 |
0,864 |
0,12 |
0,18 |
0,17 | |
|
0,15 |
1,314 |
0,03296 |
1,055 |
0,652 |
1,794 |
0,00324 |
1,298 |
1,043 |
0,864 |
0,860 |
0,19 |
0,25 |
0,24 | |
|
0,20 |
1,055 |
0,03460 |
1,107 |
0,670 |
1,439 |
0,00324 |
1,071 |
0,990 |
0,854 |
0,851 |
0,26 |
0,31 |
0,30 | |
|
В Е Р Х |
0,30 |
0,813 |
0,02899 |
0,927 |
0,604 |
1,110 |
0,00278 |
0,747 |
0,796 |
0,725 |
0,722 |
0,37 |
0,40 |
0,39 |
|
0,35 |
0,789 |
0,02918 |
0,933 |
0,607 |
1,077 |
0,00278 |
0,728 |
0,793 |
0,725 |
0,722 |
0,40 |
0,44 |
0,43 | |
|
0,40 |
0,772 |
0,02931 |
0,938 |
0,608 |
1,054 |
0,00278 |
0,714 |
0,792 |
0,724 |
0,722 |
0,44 |
0,48 |
0,47 | |
|
0,45 |
0,736 |
0,02960 |
0,947 |
0,612 |
1,004 |
0,00278 |
0,684 |
0,788 |
0,724 |
0,722 |
0,48 |
0,52 |
0,51 | |
|
0,50 |
0,694 |
0,02993 |
0,958 |
0,616 |
0,948 |
0,00278 |
0,650 |
0,783 |
0,724 |
0,722 |
0,51 |
0,55 |
0,54 | |
|
0,55 |
0,730 |
0,02964 |
0,948 |
0,613 |
0,997 |
0,00278 |
0,680 |
0,787 |
0,724 |
0,722 |
0,55 |
0,59 |
0,58 |
По полученным данным на диаграмме Х–Y строится кинетическая линия и между ней и рабочей линиями вырисовываются ступени изменения концентрации. В результате получено число действительных тарелок общее для верхней и нижней частей колонны NД = 15.
Таким образом, полная высота колонны будет равна:
[1, c.244, 6-44]
м.