Ректификационная колонна

     При средней температуре нижней части 93°С, плотности жидких этилацетата и толуола равны соответственно:

 

По закону аддитивности плотность жидкой фазы в нижней части колонны находится  по формуле: 
 

3.2.3. Плотность паровой фазы в верхней и нижней части колонны 
 
 

где  
 
 

4. Вязкость  жидкой фазы в верхней и нижней части колонны

Рассчитаем вязкость жидкой фазы в верхней части колонны:  
 

где – вязкости этилацетата и толуола при средней температуре верха колонны . 
 

 –  вязкости этилацетата и толуола  при средней температуре низа колонны . 

 

5. Вязкость  паровой фазы в верхней и нижней части колонны

рассчитывается  так: 
 
 

где – вязкости этилацетата и толуола при средней температуре верха колонны . 

 – вязкости этилацетата и толуола при средней температуре низа колонны . 

3.3. Максимальная скорость пара и диаметр верхней части колонны

     Принимаем расстояние между тарелками Н=600 мм, диаметр колпачка d_k = 80 мм, высота колпачка - h_k = 55 мм. 

3.3.1. Предельная скорость пара

     Для ректификационных колонн с колпачковыми тарелками предельную скорость пара для верхней и нижней части  колонны определяют по формуле:

где – плотности жидкости и пара, Н – расстояние между тарелками, м; d_k – диаметр колпачка, м; h_k – высота колпачка, м.

Для верхней  части колонны:  
 

Для нижней части колонны:  
 

Определим среднюю рабочую скорость пара в колонне: 

Средняя плотность пара:  

Теперь  рассчитаем диаметр верхней части колонны:

где - средний массовый расход, кг/с; - средняя плотность паровой фазы, ; . 

Определим диаметр нижней части колонны: 
 

3.4. Выбор диаметра колонны

     Рассчитанные  диаметры верхней и нижней частей колонны отличаются друг от друга  не более чем на 10%, принимаем колонну  единого диаметра, равную большему из рассчитанных: D = 2000 мм [7].

3.5. Действительные рабочие скорости паров

Рассчитаем рабочие  скорости паров в верхней и  нижней части колонны: 
 

3.5.1. Выбор тарелки

     Выбираем  для разделения смеси колпачковые  тарелки типа ТСК – Р диаметром [7, с. 214]:

     Свободное сечение колонны 3,14 м²

     Рабочее сечение тарелки 0,385 м²

     Относительное свободное сечение тарелки 12,2 %

     Сечение перелива 0,33м²

     Периметр  слива 1,455 м

     Длина линии барботажа 36,4 м 

3.6. Расчет высоты переливного устройства тарелки

3.6.1. Объемный расход жидкости в верхней и нижней частях колонны 

где - средний массовый расход в верхней части колонны, кг/с; - плотность жидкой фазы, .

 
 

Аналогично  находим для нижней части колонны: 
 

3.6.2. Высота подпора жидкости над сливным порогом находится по

следующей формуле: 

где – средний объемный расход жидкости, , П – периметр слива,  
 

Теперь  определим высоту подпора жидкости: 

3.6.3. Высота глубины барботажа 

где , - средняя плотность жидкой фазы, . 
 

Тогда высота глубины барботажа равна:

3.6.4. Высота переливного устройства 

- высота установки  колпачка от 0 до 10 мм. Принимаем  

3.6.5. Объемный расход жидкости, отнесенные к средней ширине потока

жидкости на тарелке 

Средняя ширина потока жидкости на тарелке находим  по формуле: 

Отсюда  найдем объемный расход жидкости: 

3.7.. Коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе

Определим коэффициент  продольного перемешивания в  жидкой фазе следующим образом: 

- скорость  пара, рассчитанная на рабочую площадь тарелки 

Объемный  расход жидкости найдем по формуле: 

Отсюда  найдем скорость пара: 

3.8.. Высота запаса жидкости определяется для колпачковых

тарелок по формуле: 

Все данные подставим в формулу и получем: 

Высота  запаса жидкости равна 0,138 м

3.9. Среднее время пребывания жидкости на тарелке

Время пребывания жидкости на тарелке рассчитаем так: 

3.10.. Определяем коэффициент массотдачи для паровой фазы: 

где Nu_n – критерий Нуссельта: 

Где Re_n – критерий Рейнольдса,

     ω – скорость пара в колонне, м/с,

     D_n - коэффициент диффузии для паровой фазы: 

Где h – определяющий размер, принятый при обработке опытных данных,

Т – средняя температура пара в соответствующей части колонны, К,

р=0,1013 МПа  – атмосферное давление

,   - молекулярные массы компонентов

- диффузные  мольные объемы компонентов

             [21] 

                                [21]

 
 
 
 
 
 
 

     Коэффициент массотдачи для жидкой фазы определяем по формуле: 

     где Nu_ж – критерий Нуссельта, М – средние мольные массы жидких веществ, кг/кмоль: 

     D_t – коэффициент диффузии газа в жидкости, м²/ч.

     Коэффициент диффузии газа в жидкости связан с  коэффициентом диффузии при 20 °С: 

     где b – температурный коэффициент, 

     ρ – плотность жидкости, кг/м³

     

      - коэффициент диффузии  для жидкой фазы (по  высококипящему компоненту) при температуре  20 °С: 

где μ – динамический коэффициент вязкости жидкости при t = 20 °С, мПа · с,

μ = 0,586 мПа*с

     А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества (н.к) и растворителя (в.к.). А, В = 1 [21]. 
 
 
 
 
 
 
 

     Рассчитываем  коэффициент массопередачи по паровой  фазе:

     

     

     Где - коэффициент распределения компонента по фазам. Для его нахождения определим тангенс угла наклона к линии равновесия. Для этого построим диаграмму зависимости x от y. В которой проведем касательную к линии равновесия в точке, соответствующей . Затем построим прямоугольный треугольник из точки пересечения с линией равновесия, так чтобы гипотенузой треугольника являлась касательная к линии равновесия. Из  полученного треугольника определим координаты х и у (длина соответствующих катетов): ,

Рис. 18 – Диаграмма равновесия между паром (х) и жидкостью (у), для определения тангенса угла наклона к линии равновесия 

из рисунка 9: - тангенс угла наклона к линии равновесия.  

Общее число единиц переноса для верхней части колонны:

- средняя  мольная масса паров, кг/кмоль. . 

Локальная эффективность

Принимаем для паровой фазы модель идеального вытеснения. 

5.2.10. Критерий Пекле для продольного перемешивания 

3.10.1... Коэффициент η

h

h 

3.10.2... Эффективность по Мэрфри

hhhh 

h 
 

     3.11. Рассчитываем коэффициент массопередачи по жидкой  фазе

3.11.1. Объемный расход жидкости, отнесенные к средней ширине потока жидкости на тарелке

 
 

3.11.2. Коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе 

- скорость пара, рассчитанная  на рабочую площадь тарелки 
 
 
 

3.11.3. Высота запаса жидкости 
 

3.11..4. Среднее время пребывания жидкости на тарелке 

Определим коэффициент  массопередачи: 

Для нахождения определим тангенс угла наклона к линии равновесия по рис.17, аналогично как в пункте 5.3.6

, тогда  

3.11..5. Общее число единиц переноса 

- средняя  мольная масса паров, кг/кмоль. 

3.11.6. Локальная эффективность

Принимаем для паровой фазы модель идеального вытеснения. 
 

5.3.7.. Критерий Пекле для продольного перемешивания 

5.3.8. Коэффициент η

h

h

5.3.9. Эффективность по Мэрфри

hhhh

h 

4.. Высота колонны 

4.1.. Общее число теоретических тарелок

Построим  диаграмму равновесия между паром  и жидкостью (y,x) при рабочем флегмовом числе R=4,8. При этом нужно рассчитать B: