Спроектировать ректификационную установку непрерывного действия для разделения смеси ацетон-этанол

Скорость пара в рабочем сечении тарелки: 

                                             

,                                     (1.18) 

где стандартный диаметр колонны,

    рабочее сечение тарелки,

    рабочая скорость пара в колонне,  

    

 
 
 

     1.3 Высота светлого  слоя жидкости на тарелке и  паросодержание барботажного слоя

 

    Высоту  светлого слоя жидкости для ситчатых тарелок находят по уравнению [1]: 

                   

,           (1.19) 

где − удельный расход жидкости на 1м ширины сливной перегородки, ;

     b − ширина сливной перегородки, ;

     h_пер − высота переливной перегородки, ;

    , − поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней температуре в колонне;

    − коэффициент вязкости, ;

     

Поверхностное натяжение жидкости [4]:

    Для верхней части колонны 

    

 

    

. 

    Для нижней части колонны 

    

 

    

. 

Вязкость жидкости [5]:

    Вязкость  жидких смесей находим по уравнению (1.20) 

                                                           

                                               (1.20) 

    Для верхней части колонны 

    

 
 

    Для нижней части колонны 

    

 

    Тогда  высота светлого слоя жидкости для  верхней части колонны: 

   

 

    Для нижней части колонны: 

    

 

    Паросодержание  барботажного слоя по [1] : 

                                                 

                                       (1.21) 

где  

    Для верхней части колонны: 

    

 

   

 

    Для нижней части колонны: 

    

 

    

 
 
 
 
 
 

    1.4 Коэффициенты массопередачи и высота колонны 

    Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре равен [1]: 

                                                                    

,                                                        (1.22) 

где – коэффициент диффузии в жидкости при 20ºС вычисляем по формуле: 

                                                             

,                                              (1.23) 

где и - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;

     - мольные объемы компонентов  в жидком состоянии при температуре  кипения,  ;

     - вязкость жидкости при

    Рассчитаем  мольные объемы компонентов в  жидком состоянии при температуре  кипения [4]:

    Для ацетона  :            

    

,

    

    Для этанола :        ,

    

 

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

    

 

    Температурный коэффициент  определяем по [1]: 

                                                  

,                                        (1.24) 

где и принимают при температуре . Тогда 

    

 
 
 

    Отсюда  

    

. 

    Тогда коэффициент диффузии в жидкости  для нижней части колонны при равен: 

    

 

    

 

    Отсюда  

    

. 

    Коэффициент диффузии в паровой фазе  вычисляем по [1]: 

                                     

,                           (1.25) 

где    средняя температура в соответствующей части колонны, ;

      абсолютное давление в колонне,  

    Тогда для верхней части колонны: 

    

 

    Для нижней части колонны получим: 

    

 

    Вычислим  коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз по уравнениям из [1]: 

                                  

                     (1.26)

                             

,                     (1.27) 

где плотность орошения,

    и коэффициенты диффузии в жидкой и паровой части колонны,

     свободное сечение тарелки

     паросодержание барботажного слоя

     высота светлого слоя жидкости,

     скорость пара в рабочем сечении тарелки,  

    Для верхней части колонны: 

    Плотность орошения: 

    

 

    Вязкость  паров: 

 

      

Коэффициент массоотдачи  в жидкой фазе: 

    

 

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе: 

    

 

    Для нижней части колонны: 

    Плотность орошения: 

    

 

    Вязкость  паров: 

    

 

    

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе: 

    

 

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе: 

    

 

    Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на  по [1]:

    Для верхней части колонны: 

    

 

    

 

    Для нижней части колонны: 

    

 

    

 

    Коэффициенты  массоотдачи, рассчитанные по средним  значениям скоростей и физических свойств паровой и жидкой фаз, постоянны для верхней и нижней частей колонны. В то же время, коэффициент массопередачи – величина переменная, зависящая от кривизны линии равновесия, т.е. от коэффициента распределения. Поэтому для определения данных, по которым строится кинетическая линия, необходимо вычислить несколько значений коэффициента массопередачи в интервале изменения состава жидкости от до . Ниже дан пример расчета для определения коэффициента одной точки кинетической линии [1].

    Пусть х=0,6; m=0,63 коэффициент распределения (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке)

    Коэффициент массопередачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи по уравнению (1.28) из [1]:

    Для верхней части колонны: 

                                                   

,                                              (1.28)  

где коэффициент распределения 

    

 

    Общее число единиц переноса на тарелку находим по уравнению (1.29) 

                                                     

,                                           (1.29) 

где коэффициент массопередачи,

    средняя мольная масса паров,  

    

 

    Локальная эффективность по [1] равна: 

                                                        

                                            (1.30) 

где общее число единиц переноса на тарелке 

    

 

    Для определения эффективности по Мэрфри необходимо рассчитать также фактор массопередачи , долю байпасирующей жидкости , число ячеек полного перемешивания и межтарельчатый унос .

    Фактор  массопередачи для верхней части колонны [1]:  

                                                     

,                                          (1.31) 

где флегмовое число 

    

 

    Для ситчатых тарелок при факторе  скорости принимаем

    Одна  ячейка перемешивания соответствует  длине пути жидкости l=350мм по [1].      

    Для колонны диаметром 1400 мм с ситчатыми тарелками определим длину l_T пути жидкости  как расстояние между переливными устройствами по [1]: