2.4 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя

Высота светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок.

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

где – удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки, м²/с; b – ширина сливной перегородки, м; – высота переливной перегородки, м; , – поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней температуре в колонне; – в мПа с;

Паросодержание барботажного слоя .

Для верхней части колонны

Для нижней части колонны:

2.5 Коэффициенты массопередачи и высота колонны

Коэффициент массоотдачи для верхней части колонны в жидкой фазе:

Коэффициент массоотдачи для верхней части колонны в паровой фазе:

Коэффициент массоотдачи для нижней части колонны в жидкой фазе:

Коэффициент массоотдачи для нижней части колонны в паровой фазе:

Вязкость паров для верхней части колонны при средней температуре 100,65˚С:

где и – вязкость паров воды и уксусной кислоты при средней температуре верхней части колонны, ; – средняя концентрация паров.

Вязкость паров для нижней части колонны при средней температуре 106,8˚С:

где и – вязкость паров воды и уксусной кислоты при средней температуре нижней части колонны, ; – средняя концентрация паров.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в °С):

Коэффициент диффузии в верхней части колонны в жидкости при 20°С:

где А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя; , – мольные объёмы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, .

Коэффициент диффузии в нижней части колонны в жидкости при 20°С:

Температурный коэффициент b:

Коэффициент диффузии в паровой фазе:

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

Плотность орошение:

Пересчёт коэффициентов массоотдачи на .

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Коэффициенты массоотдачи, рассчитаны по средним значениям скоростей и физических свойств паровой и жидкой фаз, постоянны для верхней и нижней частей колонны. Коэффициент массопередачи – величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия, то есть от коэффициента распределения. Для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициента массопередачи в интервале изменения состава жидкости от до ( ).

Пусть х=0,5425. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) m=0,665.

Рисунок 10 – Диаграмма У-Х с изображением коэффициента распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в точке x)

Доля байпасирующей жидкости для ситчатых тарелок при факторе скорости принять  = 0,1.

Для колонн диаметром более 600 мм с ситчатыми тарелками отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l = 300 – 400 мм.

Принять l = 350 мм и определить число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке к длине l. Определить длину пути жидкости как расстояние между переливными устройствами:

Число ячеек полного перемешивания на тарелке:

Относительный унос жидкости e в тарельчатых колоннах определяется скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. Нет надёжных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации. Унос можно оценить с помощью графических данных – унос на тарелках является функцией комплекса . Коэффициент m, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара:

где – поверхностное натяжение воды и уксусной кислоты при средней температуре в верхней части колонны.

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

где Н – межтарельчатое расстояние, м; – высота барботажного слоя (пены), м.

В соответствии с каталогом для колонны диаметром 2800 мм расстояние Н = 0,5. Высота сепарационного пространства в нижней части колонны меньше, чем в верхней, поэтому для низа колонны:

При таком значении комплекса унос е = 0,15 .

Рисунок 11 – Зависимость относительного уноса жидкости е от комплекса для тарелок различных конструкций: 1 – колпачковая; 2 – ситчатая; 3 – провальная решётка; 4 – клапанная балластная

Определение концентрации легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки :

где и – концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

1,29

Таблица 1 – Результаты расчёта параметров, необходимых для построения кинетической линии

Параметр	Нижняя (исчерпывающая) часть колонны										Верхняя (укрепля-ющая) часть колонны
х	0,146	0,167	0,208	0,33	0,382	0,44	0,473	0,528	0,547	0,602	0,812
У*	0,223	0,244	0,317	0,435	0,52	0,574	0,602	0,647	0,671	0,712	0,874
Ураб ( )	0,15	0,167	0,209	0,45	0,412	0,475	0,5	0,56	0,557	0,622	0,85
m	0,239	0,265	0,317	0,456	0,512	0,567	0,599	0,65	0,67	0,72	0,872
	0,106	0,106	0,106	0,106	0,1055	0,1053	0,1052	0,105	0,105	0,1049	0,104
	2,7	2,7	2,7	2,7	2,7	2,7	2,69	2,69	2,685	2,68	2,66
	0,93	0,93	0,93	0,93	0,93	0,931	0,932	0,932	0,932	0,93	0,93
В	0,35	0,367	0,412	0,53	0,58	0,627	0,655	0,7	0,72	0,758	1,15
	1,082	1,0898	1,11	1,17	1,196	1,22	1,24	1,26	1,274	1,29	1,54
	1,05	1,058	1,07	1,1075	1,123	1,137	1,15	1,16	1,168	1,175	1,29
	0,899	0,9061	0,915	0,942	0,953	0,963	0,973	0,979	0,985	0,99	1,01
	0,216	0,237	0,308	0,44	0,515	0,57	0,599	0,645	0,669	0,71	0,87

Взять из таблицы 1 значения x и нанести на диаграмму x – y точки, чтобы провести кинетическую линию (см. рисунок 12). Построить ступени между рабочей и кинетической линиями в интервалах концентраций от до и определить число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) части и в интервалах от до – число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны .

Рисунок 12 – Диаграмма У-Х (Изображение кинетической линии и число действительных тарелок)

Общее число действительных тарелок:

Высота тарельчатой ректификационной колонны:

где h – расстояние между тарелками, м; – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.

Таблица 2 – Значения

Диаметр колонны, мм	, мм	, мм
400 - 1000	600	1500
1200 - 2200	1000	2000
2400 и более	1400	2500