2.2. Расчёт основных физико-химических свойств разделяемой системы.

Средние температуры пара (по t –x,y диаграмме):

При У_ср ^в = 0,593 t_ср ^в = 82,0 ºС

При У_ср ^н = 0,175 t_ср ^н = 95 ºС

Средние температуры жидкости:

При Хр = 0,84 t_ср ^в = 80 ºС

При Xw = 0,004 t_ср ^н = 98 ºС

Найдем средние плотности пара

М’_в Т_о

ρ_у^в = ──── ∙ ────

22,4 Т_о + t_в

М’_н Т_о

ρ_у^н = ──── ∙ ────

22,4 Т_о + t_н

34,6 273

ρ_у^в = ──── ∙ ─────── = 1,187 кг/м³

22,4 273 + 82,0

22,9 273

ρ_у^н = ──── ∙ ───── = 0,76 кг/м³

22,4 273 + 95

Средняя плотность пара:

ρ_у = (ρ_у^н + ρ_у^в )/2

ρ_у = (1,187 + 0,76)/2 = 0,974 кг/м³

Плотности жидкости при 80ºС:

1

ρ_х = ──────────

Х(эт)/ρ_э + (1-Хэт)/ρ_в

1

ρ_х^в = ─────────────── = 846,4 кг/м3

0,615/735 + (1-0,615)/971,8

Плотности жидкости при 87ºС:

1

ρ_х^н = ─────────────── = 883,2 кг/м3

0,155/728,35 + (1-0,155)/967,1

• Расчёт вязкости жидких смесей и паров в верхней и нижней части колонны.

Вязкость жидких смесей _x находим по уравнению :

Lg _x = x_срlg _xэт + (1-x_ср)lg _xв,

где _xэт и _xв – вязкости жидких этанола и воды при температуре смеси.

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

lg _xв = 0.49lg0.45+(1-0.49)lg0.35

lg _xн = 0,072lg0,4+(1-0.072)lg0.29.

откуда

_xв = 0,3959 мПас; _xн = 0,2968 мПас.

Вязкость паров для верхней части колонны _yв определим по уравнению :

где _yэт и _yв – вязкость паров этанола и воды при средней температуре верхней части колонны, мПас; y_в – средняя концентрация паров: y_в = (y_P+y_F)/2.

Подставив, получим:

y_в = (0,345+0,785)/2=0,593;

Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим _yн = 0,012 мПас.

Вязкости паров _yв и _yн близки, поэтому можно принять среднюю вязкость паров в колонне _y = 0.0112 мПас.

Вязкость паров для верхней части колонны _yв определим по уравнению :

где _yэт и _yв – вязкость паров этанола и воды при средней температуре верхней части колонны, мПас; y_в – средняя концентрация паров: y_в = (y_P+y_F)/2.

Подставив, получим:

y_в = (0,314+0,8814)/2=0,5977;

Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим

_yср = (_yв + _yн )/2 = 0.0114 мПа*с

• Рассчёт коэффициентов диффузии в жидкой и паровой фазах.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в ⁰С) равен:

D_x = D_x20[1+b(t-20)].

Коэффициенты диффузии в жидкости D_x20 при 20⁰С можно вычислить по приближённой формуле [7]:

где A,B – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; _эт, _в – мольные объёмы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль; _x – вязкость жидкости при 20 ⁰С, мПас.

Из : A = 1; B = 1.

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 ⁰С равен:

, м²/с.

Температурный коэффициент b определим по формуле:

,

где _x и _x – принимают при температуре 20⁰С. Тогда

.

Отсюда

D_xв = 2,4110^-8(1+0,022(80-20)) = 5,5910^-8 м²/с.

Аналогично для нижней части колонны находим:

D_xн = 5,60510^-8 м²/с.

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению :

,

где T – средняя температура в соответствующей части колонны, К; P – абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда для верхней части колонны

, м²/с

Аналогично для нижней части колонны получим:

D_yн = 1,85310^-5, м²/с

• Расчёт поверхностного натяжения жидкости.

Поверхностное натяжение найдём как среднюю величину:

_см = (_эт+_в)/2

Тогда

_смв= 0.49*0.01739+(1-0.49)*0.06267 = 0,04048 Н/м,

_смн = 0,072*0,016732+(1-0,072)*0,061375 = 0,05816 Н/м.