Расчет ректификационной колонны

_{при этом}

_При   

_{Средняя плотность жидкости}

_где

_{- средняя массовая  доля воды и  уксусной кислоты.}

_{При ,}

_{Мольные доли пересчитываем  в массовые:}

 

_{Рассчитаем  оптимальную скорость пара:}

_Откуда 

_{Диаметр верхней части  колонны:}

_{По  нормалям принимаем  диаметр верхней  части колонны  . Обратным расчетом определяем действительную скорость пара в ней:}

 

3.1.2. Расчет диаметра нижней части колонны

  или  

_, 

_{Количество  пара , уходящего в верхнего слоя насадки нижней части колонны, равно количеству пара, поступающего на первую тарелку верхней части колонны:}

_{Количество  жидкости, поступающей  на верхнюю тарелку  нижней части колонны:}

_или

_{Из  системы уравнений  материального и  теплового балансов нижней части колонны  определяем количество пара, поступающего на первую тарелку  , жидкости, стекающей с первой тарелки, и содержание в ней воды :}

_где

_{-теплота парообразования  смеси на первой  тарелке нижней  части колонны;  - теплота парообразования смеси на верхней тарелке нижней части колонны. Эти величины рассчитываем по правилу аддитивности.}

 находим по диаграмме y-x при

;

_Откуда      

_{Молекулярные  массы паров, поступающих  на первую тарелку  , и жидкости , стекающей с первой тарелки нижней части колонны с содержанием НК , равны:}

_Тогда

_{Среднее количество пара, поднимающегося по нижней части колонны:}

_{Средняя плотность жидкости}

_где

 

_{- средняя массовая  доля воды в жидкости.}

_{Из диаграммы  t-x,y , рис. 3, . ,}

_{Мольные доли пересчитываем  в массовые:}

_{Средняя плотность  пара}

_{где - средний объем пара, который рассчитывается по формуле:}

  _{- температура пара, соответствующая среднему содержанию легколетучего компонента в паре в нижней части колонны . Значение определяем из диаграммы t-x,y, рис. 3.}

_{Тогда согласно табл. 1}

_{Динамический  коэффициент вязкости жидкости при и рассчитываем по формуле:}

_{Оптимальную скорость пара в нижней части колонны  рассчитываем по формуле:}

  _Откуда

 

_{Диаметр нижней части колонны:}

_{По нормалям принимаем  диаметр нижней части колонны Обратным расчетом определяем действительную скорость пара в ней:}

 

3.2. Расчет высоты слоя насадки с учетом числа единиц переноса

_{Высоту  слоя насадки определяем по формуле:}

_{где - общее число единиц переноса; - высота насадки, эквивалентная одной единице переноса.}

_{Для определения числа  переноса составляем табл. 4. Данные таблицы 4 используем для построения графической зависимости}  , рис. 10.

_{Число единиц переноса для всей колонны равно площади, ограниченной кривой зависимости} , осью абсцисс и ординатами, проведенными через точки, в которых концентрации и .

 

 

_{Табл. 4. Данные для определения  числа единиц переноса.}

t, 0C
116,8	0,040	0,0092	0,0308	32,5000
115,4	0,092	0,0212	0,0708	14,1304
114,0	0,167	0,0385	0,1285	7,7844
111,0	0,240	0,0554	0,1846	5,4167
110,1	0,302	0,0697	0,2323	4,3046
108,4	0,360	0,0831	0,2769	3,6111
107,5	0,425	0,0981	0,3269	3,0588
105,8	0,530	0,1223	0,4077	2,4528
104,4	0,626	0,1445	0,4815	2,0767
103,2	0,713	0,1645	0,5485	1,8233
102,1	0,795	0,1835	0,6115	1,6352
100,6	0,930	0,2146	0,7154	1,3978

 

_{Для верхней части  колонны  , для нижней . Для всей колонны число единиц переноса .}

 

3.2.1. Расчет высоты насадки верхней части колонны

_{Высоту  насадки, эквивалентную  одной единице  переноса, вычисляют  по формуле:}

_где и - высота насадки, эквивалентная одной единице переноса, соответственно, паровой и жидкой фазы, м; - среднее значение тангенса угла наклона кривой равновесия к оси x.

_где - тангенсы углов наклона прямых на отдельных участках кривой равновесия; - число прямолинейных участков ломаной линии.

_{Высота  насадки, эквивалентную  одной единице  переноса паровой  фазы , и жидкой фазы , определяется по критериальным уравнениям:}

_где - коэффициент, зависящий от вида насадки (для кольцевой насадки ); - коэффициент смачиваемости насадки.

 

_{Коэффициент смачиваемости насадки  рассчитываем по формуле:}

_Здесь - плотность орошения

- объем жидкости, м³/ч; - площадь поперечного сечения колонны, м²; - постоянный коэффициент, который для ректификации равен 0,065.

_{Число Рейнольдса для паровой  фазы рассчитываем по формуле:}

_{Число Рейнольдса для жидкой фазы:}

_{Число Прандтля для пара:}

_{Число Прандтля для жидкой фазы:}

_{Для расчета коэффициента смачиваемости и  критериев}  и для жидкой и паровой фаз используем значения некоторых параметров, которые были рассчитаны ранее.

 

 

_{Табл. 5 Значения некоторых  параметров.}

Параметр	Значение параметра	Параметр	Значение параметра	Параметр	Значение параметра
	1,3772		957,9718		0,9566
	440		1,1205
	0,7		1319,3188
			1485,9869

_{Динамический  коэффициент вязкости пара воды при}  , равен: .

Коэффициент диффузии в паровой фазе вычисляем  по формуле:

где - температура пара, К; - общее давление пара, Па; и - мольные массы компонентов, кг/кмоль; и - мольные объемы компонентов, определяемые как суммы атомных объемов, составляющих их элементов, см³/моль.

_{Для смеси вода-уксусная кислота имеем:}

(атомный объем водорода)

(атомный объем углерода)

(атомный объем кислорода)

(атомный объем кислорода  в кислоте)

_тогда

Коэффициент диффузии в жидкой фазе вычисляем  по формуле:

_{где – коэффициент диффузии в жидкой фазе при t=20⁰; - температурный коэффициент.}

_{Значение} 

где А и В – поправочные коэффициенты; - динамический коэффициент вязкости жидкости при 20⁰С, мПа*с; и - мольные массы компонентов, кг/кмоль; и - мольные объемы компонентов, определяемые как суммы атомных объемов, составляющих их элементов, см³/моль.

Температурный коэффициент находим по формуле:

_где - плотность жидкости при 20⁰С, кг/м³.

_{Подставляем значения параметров табл.5 в формулы  и производим расчеты.}

Плотность орошения равна:

Оптимальная плотность орошения:

Коэффициент смачиваемости насадки:

 

_{Число Рейнольдса для паровой  фазы:}

_{Число Рейнольдса для жидкой фазы:}

_{Число Прандтля для пара:}

_{Число Прандтля для жидкой фазы:}

_{Высота  h1 для паровой фазы:}