Розрахуємо коефіцієнти молекулярної дифузії в рідкій Dх та паровій Dу фазах, спочатку вираховуємо коефіцієнти масовіддачі.

Для верхньої частини колони коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі:

вхf = 6.24*105 (4.6*10-9) 0.5

коефіцієнт масовіддачі в паровій фазі:

вyf = 6.24*105 (5.06*10-6) 0.5 *

Для нижньої частини колони: коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі

вхf = 6.24*105 (5,11*10-90.5

коефіцієнт масовіддачі в паровій фазі:

вyf = 6.24*105 (5.39*10-6) 0.5 *

Перераховуємо коефіцієнти масовіддачі на кмоль/ (м2*с):

для верхньої частини колони:

вxf=0.0138;

вyf=1.22.

для нижньої частини колони:

вxf=0.0282;

вyf=1.6.

Коефіцієнти масовіддачі, розраховані за середнім значенням швидкостей і фізичних властивостей парової і рідкої фаз, постійні для верхньої та нижньої частин колони. У той же час коефіцієнт масопередачі - величина змінна, що залежить від кривизни лінії рівноваги, тобто від коефіцієнту розподілу. Тому для визначення даних, за якими будується кінетична лінія, необхідно обчислити декілька значень коефіцієнтів масопередачі в інтервалі зміни складу рідини від хw до Хр. Нижче дано приклад розрахунку для визначення координат однієї точки кінетичної лінії.

Нехай х = 0,6.

Коефіцієнт розподілу (тангенс кута нахилу рівноважної лінії в цій точці) дорівнює т = 0,77.

Коефіцієнт масопередачі Куf обчислюємо за коефіцієнтами масовіддачі у верхній частині колони:

Kyf=

Загальна кількість одиниць переносу на тарілку зпy находимо за рівнянням:

зпy=1,1.

Локальна ефективність дорівнює:

Еу=1-2,72-1,1=0,67.

Фактор масопередачі для верхньої частини колони.

л=m.

Далі визначимо, величину В' з рівняння (4.10.12). Для сітчастих тарілок долю байпасуючої рідини при факторі швидкості F=щt приймають и= 0,1. Тоді

В'=

Для визначення Е ' "необхідно попередньо розрахувати кількість осередків повного перемішування 5. Для сітчастих тарілок у колонах діаметром до 600 мм його можна розрахувати по рівнянню [11]:

S=ARe,. (14.12.1)

де Rеу = щtd0сy/Fcмy - критерій Рейнольдса для пари в отворах тарілки; Rеx = Ld0/STмч-критерій Рейнольдса для рідини. Значення коефіцієнтів і показників ступенів наведено нижче:

Для колон діаметром більше 600 мм з сітчатими і клапанними тарілками відсутні надійні дані по подовжньому перемішування рідини, тому з достатнім ступенем наближення можна вважати, що один осередок перемішування відповідний довжині шляху рідини l, рівною 300-400 мм. Приймемо l = 350 мм і визначимо кількість осередків повного перемішування S як відношення довжини шляху рідини на тарілці lk до довжини l. Визначимо довжину шляху рідини lт як відстань між переливними пристроями:

lт= (14.12.2)

Тоді число осередків повного перемішування на тарілці буде дорівнювати:

S=1.46/0.035

Для ковпачкових тарілок значення S знаходять по рівнянню [11]:

S=0.951Rex (d/hn) 1.22. (14.12.3)

де d. - діаметр колони, м. Число осередків повного перемішування рідини на провальних тарілках можна приймати рівним 1.

Ефективність за рівняннями Мерфі з урахуванням перемішування на тарілці Ету знаходимо за рівнянням (4.10.12):

Ету=. (4.12.3)

Оптимальне значення за Мерфрі з урахуванням байпасуючого потоку рідини Ету знаходимо за рівнянням;

Ету=.

Знаючи ефективність по Мерфрі Ету, можна визначити концентрацію пари Увих на виході з тарілки із співвідношення:

Ету= (4.12.4)

де і у* - концентрація пари відповідно на вході на тарілку і рівноважна з рідиною на тарілці.

Однак дійсна концентрація пари ук буде відрізнятися від Увих, обчисленої за значенням Ету, внаслідок явища зворотного перемішування рідини в колоні, викликаного бризговиносом. Вплив бризговиносу може бути вирахувана із співвідношення:

Ук =, (4.12.5)

де ук - дійсна концентрація пари на виході з тарілки (ордината точки на кінетичній лінії), кмоль / кмоль суміші; х - склад рідини на тарілці, кмоль / кмоль суміші; е - відносний винесення рідини, кмоль / кмоль пара.

З рівняння:

Увых = Увх + Ету (У* - Ув) х. (4.12.6)

Підставивши у (4.12.6) значення знайдемо, г/вих:

Увых = 0.725 4 - 0,82 (0,791 - 0,725) = 0.779

Відносне винесення рідини в тарілчатий колонах визначається в основному швидкістю пари, висотою сепараційного простору і фізичними властивостями рідини і пари. В даний час немає надійних залежностей, що враховують вплив фізичних властивостей потоків на винесення, особливо для процесів ректифікації. Для цих процесів винесення можна оцінювати за допомогою графічних даних, представлених на рис.7. Коефіцієнт т, що враховує вплив на винесення фізичних властивостей рідини і пари, визначають за рівнянням

т=1,15*10-3. (4.12.7)

Звідки

т=1,15*10-3. (4.12.8)

Висота сепараційного простору Нс не дорівнює відстані між верхнім рівнем барботажного шару і площиною розташованої вище тарілки:

Нс=Н-Нп, (4.12.9)

де Н - міжтарільчаста відстань, м; hп = h0/ (1 - е) - висота барботажного шару (піни), м. Згідно з каталогом [10] для колони, діаметром 1800 мм відстань Н = 0,5 м. Висота сепараційного простору в нижній частині колони менше, ніж у верхній, тому визначимо hп для низу колони:

hп=; Тоді

hс=м, та

.

При такому значенні комплекса щт / тНс витрата е=0,12 кмоль/кмоль. Таким чином, дійсна концентрація пару Ук равна:

Ук=.

Рис.7. Залежність відносної витрати рідини е від комплексу щт / тНс для тарілок різних конструкцій: 1 - ковпачкової; 2 - сітчастої; 3 - провальной решетчатой; 4-клапанной балластной.

Рис.8. Визначення числа дійсних тарілок: 1 - Лінія рівноваги; 2 - кінетична лінія; 3 - робочі лінії.

Так само визначають Ук Для інших складів рідини. Усі розрахункові дані наведено в табл.4.12. За значеннями х і Ук з табл.4.12 На діаграму х-у наносять точки, по яких проводять кінетичну лінію (мал.8). Побудовою ступенів між робочою і кінетичної лініями в інтервалах концентрацій від Хр до ХF визначають кількість дійсних тарілок Nb для верхньої (зміцнює) частини і в інтервалах від ХF до XW - число дійсних тарілок NН для нижньої (вичерпної) частини колони. Загальне число дійсних тарілок N рівне:

N = Nв + Nн = 17 + 14 = 31 тарілка

Результати розрахунку величин, необхідних для побудови кінетичної лінії

Таблиця 4.12.

Висоту тарільчатої ректифікаційної колони визначають за формулою:

Нк= (N-1) H+zB+zH (4.12.10)

де Н-відстань між тарілками, м; zB,zH-відстань відповідно між верхньою тарілкою і кришкою колони і між днищем колони та нижній тарілкою, м.

Нк = (31-1) 0.5 + 1.0+2,0= 18 м

Література