2. Определение действительного числа тарелок и высоты колонны

1. Расчет высоты светлого слоя жидкости и паросодержания барботажного слоя.

Расчет вязкости жидкости:

Высота светлого слоя жидкости:

Паросодержание барботажного слоя:

2. 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 20С;

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 толуола.

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:

3. Расчет коэффициента массоотдачи.

[1, стр.206, 5–40, 5–41]

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

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 x_w до x_p.

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;

Е_у – 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:

H_с = H - h_п, где H – межтарельчатое расстояние (H = 0,5 м); h_п=h₀/(1-)–высота пены;

Значение байпаса  принимается равным 0,1

4. Тепловые расчеты

1. Расчет дефлегматора

В качестве охлаждающего агента будет использоваться вода, начальная температура воды на входе в дефлегматор – 10°С, конечная температура воды на выходе из дефлегматора – 25°С.

Физико-химические характеристики воды при средней температуре 17,5 ^оС:

теплоемкость воды с₂ = 4,18 кДж/(кг ∙ К),

вязкость воды ₂ = 1,07 ∙ 10^-3 Пас,

коэффициент теплопроводности ₂ = 0,590 Вт/(м ∙ К).

Физико-химические характеристики пара и конденсата при температуре 76,18 ^оС:

плотность конденсата ₁ = 1338,5 кг/м³,

₁–вязкость конденсата – 1,16 ∙ 10^-5 Па·с.

Тепловая нагрузка дефлегматора:

Q= P(R+1) ∙ r_см = 2,476∙(2,742+1)∙212,6∙10³ = 1,97∙10⁶ Вт

Расход воды считаем по формуле:

кг/с

Средняя разность температур:

^оС

Ориентировочно принимаем значение коэффициента теплопередачи К_ор=600 Вт/(м·К). Тогда ориентировчное значение поверхности теплопередачи:

м²

Пусть Re = 15∙10³, d_тр = 25х2 мм

где n – общее число труб, z – число ходов.

Уточненный расчет.

D_кож. = 600 мм, d_тр = 25х2 мм, l = 6 м, F = 113 м².

Действительное число Re:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб:

В процессе теплопередачи охлаждающая вода в трубках нагревается, поэтому при расчете коэффициента теплоотдачи от стенок к воде отношение (Pr/Pr_cт) ^0,.62 можно не учитывать, тогда поверхность теплопередачи будет рассчитана с некоторым запасом.

Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Таким образом, выбранный теплообменник обеспечивает необходимую поверхность теплопередачи.