5.1.3. Навантаження колони по рідині

Середні масові витрати (навантаження, кг/с) по рідині для верхньої і нижньої частини колони визначають за співвідношеннями:

L_в = G_DRМ_в/М_D; (5.9)

L_н = G_DRМ_н/М_D + G_FМ_н/М_F, (5.10)

де М_D і М_F – мольні маси дистиляту і вихідної суміші; М_в і М_н – середні мольні маси рідини у верхній і нижній частинах колони.

Мольну масу дистиляту при достатньо високій його чистоті можна приймати мольній масі низько киплячого компоненту. Середні мольні маси рідини у верхній і нижній частинах колони розраховують за рівняннями:

(5.11)

(5.12)

де х_{с. в} і х_{с. н} – середній мольний склад рідини відповідно у верхній і нижній частинах колони:

х_{с. в} = (х_D + х_F)/2; (5.13)

х_{с. н} = (х_F + х_W)/2. (5.14)

Мольна маса вихідної суміші

М_F = М_Ах_F + М_В(1 – х_F). (5.15)

5.1.4. Навантаження колони по парі

Визначають середні масові потоки пари у верхній G_в (кг/с) і нижній G_н (кг/с) частинах колони, а також середню витрату пари G_п (кг/с) в колоні:

G_в = G_D(R + 1) ; (5.16)

G_н = G_D(R + 1) /М_D, (5.17)

де і - середні мольні маси парів у верхній і нижній частинах колони:

= М_Ау_{с. в} + М_В(1 - у_{с. в}); (5.18)

= М_Ау_{с. н} + М_В(1 – у_{с. н}); (5.19)

у_{с. в} = (у_D + у_F)/2; (5.20)

у_{с. н} = (у_F + у_W)/2. (5.21)

G_п = (G_в + G_н)/2 (5.22)

5. Швидкість пари і діаметр колони.

Для ректифікаційних колон, які працюють у плівковому режимі при атмосферному тиску, робочу швидкість приймають на 20 – 30 % менше швидкості захлинання.

Граничну фіктивну швидкість пари υ_п, при якій відбувається захлинання насадкових колон, визначають за рівнянням [4]:

, (5.23)

де а – питома поверхня насадки, м²/м³; ε – питомий вільний об’єм насадки, м³/м³; ρ_х, ρ_у – середні густини рідини і пари, кг/м³.

Враховуючи, що відношення L/G і фізичні властивості фаз у верхній і нижній частинах колони різні, визначають швидкості захлинання для кожної частини окремо.

Знаходять густини рідини ρ_{х в}, ρ_{х н} і пари ρ_{у в}, ρ_{у н} у верхній і нижній частинах колони при середніх температурах в них t_в і t_н. Середні температури парів визначають по діаграмі t – х, у (рис. 5.2) по середнім складам фаз.

ρ_{у в} = ρ_{у н} = . (5.24)

Густина фізичних сумішей рідин й газів підпорядковується закону адитивності:

ρ_сум = ρ₁х₁ + ρ₂х₂ + ·····+ ρ_мх_м (5.25)

де х₁, х₂, ....., х_м– масові, або об’ємні частки компонентів суміші.

Зміну питомої густини рідини від температури можна визначити за рівнянням:

ρ_t = ρ₂₀ - β_t(t – 20⁰С), (5.26)

де ρ₂₀ – питома густина при температурі 20⁰С; β_t – температурна поправка на 1⁰С.

Для багатьох чистих рідин і розчинів можна взяти значення β_t з додатку 5.6.

В’язкість рідких сумішей знаходять за рівнянням:

; (5.27)

де µ_{х А} і µ_{х В} – в’язкості рідких низько киплячого і високо киплячого компонентів при температурі суміші, мПа·с.

Визначив складові рівняння (5.23), розраховують граничну швидкість пари у верхній і нижній частинах колони, зменшують її на 20 – 30 % і розраховують діаметри обох частин колони за рівнянням:

D = . (5.28)

Якщо діаметри верхньої і нижньої частини колони відрізняються незначно, раціонально прийняти діаметр колони однаковим для обох частин по більшому із визначених. Остаточно приймають найближчий діаметр обичайки зі стандартного ряду [4] і розраховують дійсні робочі швидкості в колоні υ_в і υ_н.