Расчет коэффициентов массоотдачи

Для тарелок барботажного типа коэффициент массоотдачи в жидкой и паровой фазах находится по следующим формулам:

Для расчета инеобходимо определить вязкость паров:

гдеи-вязкости паров этанола и воды при средней температуре верхней и нижней частей колонны, мПа·с[3],-средняя концентрация паров:

Тогда:

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_wдоx_p.

Пусть х=0,008. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) m=1,88

Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колонны

Коэффициент массопередачи, отнесенный к единице рабочей площади тарелки, определяется по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

,

Общее число единиц переноса на тарелке находим по уравнению:

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.

Для модели идеального смешения для жидкой фазы и идеального вытеснения для газовой фазы КПД по Мэрфри может быть рассчитан по уравнению:

Фактор массопередачи для нижней части колонны:

Длина пути жидкости:

Для колонн диаметром более 600 мм с ситчатыми тарелками отсутствуют надежные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости Примем

Число тарелок полного перемешивания:

Относительный унос жидкости в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В настоящее время нет надежных зависимостей, учитывающих влияние физический свойств потоков на унос, особенно дл процессов ректификации. Для этих процессов унос можно оценить с помощью графических данных, представленных на рис. 6.7 [6]. По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса. Коэффициент, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара определяют по уравнению:

откуда

Высота сепарационного пространства:

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

В соответствии с каталогом [2] для колонны диаметром 1000 мм расстояние.

При таком значении комплекса унос. Унос жидкости в верхней части колонны.

Подставляя вычисленные значения ,,и, определяем к. п. д. по Мерфи(значение байпасапринимается равным 0,1).

Зная эффективность по Мерфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки по соотношению:

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

Отсюда

Аналогичным образом подсчитаны для других составов жидкости. Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены ниже:

	x	m	Kyf	n0y	Ey	λ	B	E''My	E'My	EMy	yн	y*	yк
Н И З	0,008	1,88	0,0299	0,765	0,5347	0,475	0,3218	0,5777	0,5606	0,5528	0,015	0,09	0,056
	0,10	1,8	0,02991	0,766	0,535	0,455	0,3098	0,5764	0,5601	0,5524	0,195	0,44	0,33
	0,135	1,69	0,02994	0,7663	0,5353	0,427	0,2928	0,5745	0,5593	0,5516	0,385	0,48	0,437
В Е Р Х	0,19	0,741	0,0167	0,416	0,3403	0,761	2,024	0,5125	0,4912	0,4678	0,44	0,525	0,48
	0,30	0,5	0,0168	0,418	0,3416	0,513	1,8575	0,5002	0,4863	0,4634	0,485	0,575	0,53
	0,50	0,47	0,0169	0,421	0,3436	0,483	1,843	0,5019	0,4887	0,4656	0,575	0,655	0,61
	0,61	0,45	0,0169	0,421	0,3436	0,462	1,8265	0,5005	0,488	0,4649	0,61	0,705	0,65

Взяв отсюда значения и, строим кинетическую линию. С помощью построения ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервале отдоопределим число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) частии в интервалах отдо- число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны. Общее число действительных тарелок:

Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле:

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

Получим: