5.3 Определение высоты ректификационной колонны.

Число действительных тарелок в колонне может быть определено графоаналитическим методом (построением кинетической линии). Для этого необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке (к.п.д. по Мерфри). Эффективность тарелки по Мерфри Еmy с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости приблизительно определяются следующими уравнениями:

;

;

;

;

где - фактор массопередачи для укрепляющей части колонны; - фактор массопередачи для исчерпывающей части колонны; Ey – локальная интенсивность по пару; е – межтарельчатый унос жидкости, кг жидкости/кг пара; - доля байпасирующей жидкости; m – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия.

Локальная эффективность Еу связана с общим числом единиц переноса по паровой фазе на тарелке n_oy следующим соотношением:

, где

.

Здесь - в кмоль/(м²*с), М’ – средняя мольная масса паров, кг/моль.

В настоящее время нет достаточно надежных данных, для определения поверхности контакта фаз, особенно эффективной поверхности массопередачи при барботаже на тарелках. Поэтому обычно в расчетах тарельчатых колонн используют коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки (). Коэффициент определяют по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

,

где и - коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, кмоль/(м²*с).

Высота светлого слоя жидкости.

Высоту светлого слоя жидкости на тарелке h_o находят из уравнения:

,

где q- линейная плотность орошения, м³/м*с, равная q=Q/L_с; Q- обьемный расход жидкости, м³/с; L_с – периметр слива,м.

м

для низа колонны h_0н=0,045 м.

Пусть х=0,2 Коэффициент распределения компонента по фазам m= 0,47

Рассчитаем коэффициенты массоотдачи в жидкой и в паровой фазе:

= =0,0305 м/с

= =2,06 м/с

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/м²с

0,0305*=0,00305*731/40,68=0,55 кмоль/м²с

0,38*=2,06*1,66/45,45=0,075 кмоль/м²с

Долю байпасирующей жидкости  принимаем равной 0,1.

Фактор массопередачи для верхней части колонны

=0,47*(2,363+1)/2,363=0,669

=0,071 кмоль/м²с

Общее число единиц переноса на тарелку n_oy находим по уравнения:

n_oy=0,071*45,45/(0,94*1,66)=2,06

=0,87

Для колонн диаметром больше 600 мм принимаем l=350 мм и рассчитываем число ячеек полного перемешивания

S=l_Т/l=/l=(2²-1,455²)^1/2/0,35=3,924

Коэффициент m, учитывающим влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяются по уравнению:

=0,554

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

H_c=H-h_п,

Где Н- межтарельчатое расстояние, м; h_п=h₀/(1-)- высота барботажного слоя, м.

h_п=0,0383/(1-0,605)=0,097 м

тогда H_c=0,5-0,097=0,403 м

=0,94/(1,035*0,403)=2,254

При таком значении комплекса , унос e=0,001 кг/кг

=0,65

=0,997

=0,93

=0,92

Зная эффективность по Мерфи, определяем концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки у_к по соотношению

;

где у_н и у^* - концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке. Отсюда:

у_к=0,2+0,92*(0,827-0,2)=0,78

Полученный расчет сходится с расчетом на компьютере по программе Рабирек с точность =(0,78-0,77)/0,77=1,45%.

При дальнейших расчетах по программе Рабирек получили:

• общее число тарелок =23

• номер тарелки питания =13.

Высоту тарельчатой колонны определим по формуле

Н= (23-1)*0,4+1+2=11,8 м

H_г=(N-1)*h+z_в+z_н= 13*0.4+2+1+2.5=9.7 м