Расчет коэффициента диффузии распределяемого компонента в жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Коэффициент диффузии в жидкой фазе может быть вычислен по уравнениям:

;

; где m_ж и r_ж принимают при температуре 20°С;

;

где:

t – средняя температура в соответствующей части колонны, ⁰С;

A, B – коэффициенты, зависящие от свойств растворяющегося вещества и растворителя (А=1, В=1);

v_мет,v_Н2О – мольные объемы компонентов в жидком состоянии при нормальной температуре кипения;

M_мет,, М_Н2О – молярные массы соответственно метанола и воды;

Коэффициент диффузии в жидкости D_X20 при 20⁰С в верхней части колонны:

К оэффициент диффузии в жидкости D_X20 при 20⁰С в нижней части колонны:

Расчет коэффициента массоотдачи для паровой фазы в верхней части колонны

Плотность орошения верхней части колонны:

[1, стр.207, 5-45]

Вязкость паров в верхней части колонны:

Вязкость жидкости в верхней части колонны:

откуда m_хв=0,340 мПа×с.

Коэффициент массоотдачи паровой фазы:

, пересчитаем коэффициент на кмоль/(м²×с):

Расчет коэффициента массоотдачи для паровой фазы в нижней части колонны

Плотность орошения нижней части колонны:

Вязкость паров в верхней части колонны:

Вязкость жидкости в верхней части колонны:

откуда m_хн=0,323 мПа×с.

Коэффициент массоотдачи паровой фазы:

, пересчитаем коэффициент на кмоль/(м²×с):

Расчет коэффициента массоотдачи для жидкой фазы в верхней части колонны

Коэффициент массоотдачи для жидкой фазы:

, пересчитаем коэффициент на кмоль/(м²×с):

Расчет коэффициента массоотдачи для жидкой фазы в нижней части колонны

Коэффициент массоотдачи для жидкой фазы:

, пересчитаем коэффициент 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.

Расчеты проводятся с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости.

Относительный унос жидкости оценивался с помощью графической зависимости [ 1, стр. 242, рис 6.7]. Коэффициент m, учитывающий влияние на унос свойств жидкости и пара определялся из уравнения:

Высота сепарационного пространства:

H_с=H-h_п где H–межтарельчатое расстояние; h_п=h₀/(1-e)–высота пены;

При таком значении комплекса унос e=1,3×10^-1 кг/кг

В соответствии с методикой [1, стр.241] число секций полного перемешивания равно S=2.

Значение байпаса q принимается равным 0,1

листы 3 и 4

По полученным данным на диаграмме У–Х строится кинетическая линия и между рабочей и кинетической линиями вырисовываются ступени изменения концентрации. В результате получено число действительных тарелок

для верхней части колонны Nв=7

и нижней части колонны Nн=9.

Таким образом, полная высота колонны будет равна:

[1, c.244, 6-44]

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле

, где N–число тарелок, –полное сопротивление тарелки, которое определяется по формуле:

где:

–гидравлическое сопротивление сухой тарелки;

x–коэффициент сопротивления сухих тарелок, для ситчатых тарелок x=1,85;

W–скорость пара в сечении колонны 1,04 м/с;

–плотность пара при средней температуре в колонне 0,848 кг/м³;

F_c–относительная площадь для прохода паров, равна 0,136;

–гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке;

g–ускорение свободного падения 9,81 м²/с;

–плотность жидкости 865,9 кг/м³;

h₀–высота светлого слоя жидкости на тарелке;

–гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

Па

Тогда общее сопротивление тарелки:

Полное гидравлическое сопротивление колонны:

Выбор конструкционных материалов

Конструкционный материал выбираем исходя из соображений коррозионной стойкости материала. Скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм в год.

Мы имеем дело с органическими жидкостями и их парами. В этом случае используются хромированные стали.

Выбираем сталь Х18Н10Т

Состав стали:

С – не более 0,12%; Si – не более 0,8%; Мn – 1-2 %;

Cr – 17-19%; Ni – 9-11%; Ti – 0,6%

Примеси: S – не более 0,02 %; P – не более 0,035%

Коэффициент теплопроводности для этой стали равен 16,4 Вт/м к

18