4. Определение высоты светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержания барботажного слоя

Высоту светлого слоя жидкости h₀ для ситчатых тарелок находят по уравнению:

где –удельный расход жидкости на 1 м ширины переливной перегородки, м²/с;

b – ширина переливной перегородки, м;

высота переливной перегородки, м;

поверхностное натяжение уксусной кислоты и воды соответственно при средних температурах в колонне;

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Паросодержание барботажного слоя ε находят по формуле:

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

5. Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колонны

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен:

где средняя температура по НК и ВК компонентам,⁰С;

D_х20 – коэффициенты диффузии в жидкости при 20 ⁰С можно вычислить по приближенной формуле:

где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

ν_нк, ν_вк – мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль;

суммарный средний коэф. динамической вязкости уксусной кислоты и воды при ,

Для уксусной кислоты:

b -температурный коэффициент определяют по формуле:

гдесуммарная средняя плотность уксусной кислоты и воды при,

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

где Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р – абсолютное давление в колонне, 10⁵ Па.

Тогда в верхней части колонны и нижней части колонныравен:

Коэффициенты массоотдачи в жидкой фазе:

Коэффициенты массоотдачи в паровой фазе:

Вязкость паров для верхней части колонны:

Вязкость паров:

Плотность орошения:

Для нижней части колонны:

коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

коэффициент массоотдачи в паровой фазе

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

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

6. Построение кинетической линии и определение числа действительных тарелок

Число действительных тарелок определяют графоаналитическим методом (построением кинетической кривой).Для этого необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке по Мерфи (к.п.д. по Мерфи). Для перекрестного и перекрестно-прямоточного движения потоков пара и жидкости без учета влияния брызгоуноса эффективность по Мерфи вычисляется по формуле:

где

локальная эффективность контакта по пару;

число секций полного перемешивания;

доля байпасирующей жидкости, характеризующая степень поперечной неравномерности потока; (в нашем случае –с ситчатыми тарелками -примем её равной 0);

фактор массопередачи;

коэффициенты распределения компонента по фазам в условиях равновесия;

соотношение мольных нагрузок по пару и жидкости;

Для верхней части колонны:

.

Для нижней части:

.

Коэффициенты массоотдачи, рассчитанные по средним значениям скоростей и физическим свойствам паровой и жидкой фазы, постоянны для верхней и нижней частей колонны. В то же время коэффициент массопередачи – величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия. Поэтому для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициентов массопередачи в интервале изменения состава жидкости от до . Задаёмся различными значениями х и определяем коэффициенты распределенияm, как тангенс угла наклона равновесной линии в определенной нами точке.

Таблица 3

	Нижняя часть колонны			Верхняя часть колонны
x	0,16	0,35	0,5		0,75	0,9
m	1,44	1,08	1,05		0,67	0,6
Kyf	0,073	0,075	0,071		0,074	0,075
noy	1,397	1,435	1,324		1,38	1,399
Ey	0,753	0,762	0,734		0,749	0,753
λ	1,168	0,876	1,344		0,858	0,768
B’	0,879	0,668	0,986		0,643	0,578
E‘my	1,04	0,98	1,16		0,95	0,93
Emy	1,04	0,98	1,16		0,95	0,93
	0,25	0,48	0,635		0,83	0,985
	0,16	0,4	0,585		0,795	0,98
yвых	0,254	0,478	0,643		0,828	0,985
yк	0,24	0,46	0,62		0,82	0,97

Коэффициент массопередачи K_yf в верхней и нижней частях колонны:

Общее число единиц переноса на тарелку:

Локальная эффективность E_y рассчитывается по формуле:

Фактор массопередачи для верхней части:

Фактор массопередачи для нижней части:

Так как доля байпасирующей жидкости

Для колонн диаметром более 600мм с ситчатыми и клапанными тарелками отсутствуют надёжные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l=300-400 мм. Примем l=350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке к длинеl.Определим длину пути жидкости как расстояние между переливными устройствами:

Эффективность по Мерфи с учетом перемешивания на тарелке :

Эффективность по Мерфи с учетом байпасирующего потока жидкости и при принятом условии, что:Зная эффективность по Мерфи, можно определить концентрацию парана выходе с тарелки из соотношения:

,

где концентрация пара соответственно на входе на тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

Однако действительная концентрация пара будет отличаться от, вычисленной по значениям, вследствие явления обратного перемешиванию жидкости в колонне, вызванного брызгоуносом. Влияние брызгоуноса может быть учтено соотношением:

где - действительная концентрация пара на выходе из тарелки (ордината точки на кинетической линии), кмоль/ кмоль смеси;

- состав жидкости на тарелке, кмоль/ кмоль смеси;

- относительный унос жидкости, кмоль/ кмоль пара. Относительный унос жидкости в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара. В настоящее время нет надёжных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процесса ректификации. Для этих процессов унос можно оценивать с помощью графических данных:

По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса Коэффициентm, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:

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

где межтарельчатое расстояние, м; в соответствии с каталогом [10] для колонны диаметром 1800 мм расстояние;

Таким образом, действительная концентрация пара равна:

По значениям ина диаграмму х-у наносят точки, по которым проводят кинетическую линию. Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах отдоопределяют число действительных тарелокдля верхней (укрепляющей) части и в интервалах отдо- число действительных тарелокдля нижней (исчерпывающей) части колонны. Общее число действительных тарелокравно:

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определяют по формуле:

где -расстояние между тарелками, м;

- расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м.