Разработка конструкций колонны для разделения смеси уксусная кислота-вода

     Высоту  светлого слоя жидкости h_o для ситчатых тарелок находят по уравнению:

                             (29)

     где  - удельный расход жидкости на 1 м. ширины переливной перегородки, м²/с.

                  – ширина переливной перегородки, м.

                  – высота переливной перегородки, м.

                  – поверхность натяжения жидкости и воды соответственно при средней  температуре в колонне; при ;

                  – в мПа×с; ;

                   

     Вязкость  жидкости в верхней и нижней части  колонны равны соответственно:

                 

                       

                            

     Для верхней части колонны

     

     Для нижних частей колоны

     

     Паросодержание  барботажного слоя e находят по формуле:

                                           (32) 

     где

                                            (33)

     Для верхней части колонны.

                 

                 

     Для нижней части колонны.

                 

                 

     3.1.4 Расчет коэффициентов массопередачи и высоты колонны.

     Коэффициенты  массоотдачи в жидкостях и  паровой фазе вычисляются по формулам:

                                 (34)

                                (35)

     где U – плотность орошения в верхней и нижней частях колонны,

                 D_X и D_Y – коэффициент молекулярной диффузии в жидкой и паровой фазах соответственно.

     Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определяется по формулам:

                                         (36)

                 

     где d – диаметр колонны, м

     Подставив, получим

                 

                 

     Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен:

                                       (37)

     Коэффициент диффузии в жидкости D_X20 при 20⁰C можно вычислить по приближенной формуле:

                                     (38)

     где А и В - коэффициенты зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

           А = 1,27 для уксусной кислоты,

               В = 4,7 –для  воды

            u_В,u_У – мольный объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль;

             m_Х – вязкость жидкости при 20⁰ С.

     Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны  при 20⁰С равен:

                       

     Температурный коэффициент b определяют по формуле:

                                                (39)

     где  m_х и r_х принимаются при температуре 20⁰ C.

                       

 

      Отсюда

                       

     Аналогично  для нижней части колонны находим

                       

                       

                       

     Коэффициент диффузии в паровой фазе может  быть вычислен по уравнению:

                        ,                  (40)

     где  Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;

             Р – абсолютное давление в колонне, Па.

     В верхней части колонны D_ув равен:

                       

     Аналогичным расчетом найдем значение D_ун в нижней части колонны:

                       

     Вязкость  паров для верхней части колонны:

                       

     где , - вязкость паров воды и уксуса при средней температуре верхней части колонны, МПа; - средняя концентрация паров

                       

     Аналогично  для низа колонны:

                       

     Для верхней части колонны:

     коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

                       

                       

     Для нижней части колонны:

     коэффициент массоотдачи в паровой фазе

                       

                       

     Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м²×с):

     для верхней части колонны:

                       

                       

     для нижней части колонны:

                       

                       

     Для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициентов массопередачи в интервале изменения состава жидкости от x_W до x_P .

     Пусть х = 0,5. Коэффициент распределения (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) равен m = 0,93

     Коэффициент массопередачи K_yf вычисляем по коэффициентам массоотдачи в верхней части колонны:

                                               (41)

                       

     Общее число единиц переноса на тарелку n_оу находим по уравнению:

                                                (42)

     где М΄ – средняя мольная масса паров, кг/кмоль.

                       

     Локальная эффективность определяется по уравнению:

                                                 (43)

                       

     Фактор  массопередачи для верхней части  колонны находится по формуле:

                                                 (44)

                       

     Далее определяется величина В΄ из уравнения:

                                                  (45)

     где Θ – доля байпасирующей жидкости, характеризующая степень поперечных неравномерностей потоков. Долю байпасирующей жидкости Θ для ситчатых тарелок при факторе скорости , принимают Θ = 0,1

     Тогда

                         

     Для определения по уравнению

                                             (46)

     где S - число ячеек полного перемешивания.

     Необходимо рассчитать S .

     Для колонны 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 l, равной 300 – 400 мм.

     Примем  l = 350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке l_T к длине l . Определим длину пути жидкости l_T как расстояние между переливными устройствами:

                                       (47)

     Тогда число ячеек полного перемешивания  на тарелке:

                                               (48)

     Эффективность по Мерфи с учетом перемешивания на тарелке находим по уравнению:

                       

     Эффективность по Мерфи с учетом байпасирующего потока жидкости находят по уравнению:

                                               (49)

                       

     Зная  эффективность по Мерфи  , можно определить концентрацию пара У_вых на выходе с тарелки из соотношения.

                                                (50)

     где У_вх и у^* – концентрация пара соответственно на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

     Однако  действительная концентрация пара у_к будет отличаться от у_вых , вычисленной по значениям , вследствие явления обратного перемешивания жидкости в колонне, вызванного брызгоуносом. Влияние брызгоуноса может быть учтено соотношением:

                                                (51)

     где У_К – действительная концентрация пара на выходе из тарелки (ордината точки на кинетической линии), кмоль/кмоль, смеси;

               х – состав жидкости на тарелке, кмоль/кмоль, смеси;

               е – относительный унос жидкости, кмоль/кмоль, пара.

     По  уравнению:

                                            (52)

     где У_ВХ = 0,38

            у^* = 0,43

     Определим У_ВЫХ:

                       

     Относительный унос жидкости е 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 физических свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации. Для этих процессов унос можно оценивать с помощью графических данных. По этим данным унос на тарелках является функцией комплекса .