Висота шару насадки для укріплюючої і вичерпуючої частин колони.

Перевірка доцільність використання обраної насадки за величиною густини зрошування

L_v = L / (0,785D²), (5.29)

де L_v – густина зрошування, м³ / (м²·с); L – витрати рідини, що стікає по колоні, м³/с.

Густина зрошування не повинна бути менш 0,002...0,0045 м³ / (м²·с). За малої швидкості зрошування насадкові колони не ефективні, тому слід вибрати більш грубу насадку, при якій допустима більша швидкість пари.

Використовують декілька методів розрахунку висоти шару насадки. Більш поширений метод розрахунку через число одиниць переносу, за яким висоту шару визначають за формулою (окремо для верхньої Н_нв і нижньої Н_нн частин колони):

Н_н = h_oy· n_oy, (5.30)

де h_oy – загальна висота одиниці переносу, м;

n_oy – загальне число одиниць переносу по паровій фазі.

Загальне число одиниць переносу розраховують за рівнянням

n_oy = . (5.31)

Звичайно цей інтеграл визначають чисельним методом графічного інтегрування [4, 7]:

= S M_x·M_y, (5.32)

де S – площа, обмежена кривою, ординатами y_w і y_D та віссю абсцис (приклад графічного рішення – на рис. 5.6);

M_x, M_y – масштаби по осях координат.

Рис. 5.6. Визначення числа одиниць переносу графічним методом

З побудованого графіку визначають окремо число одиниць переносу для верхньої і нижньої частин колони.

Загальна висота одиниці переносу дорівнює:

h_oy = h_y + m h_x G/L, (5.33)

де h_y – висота одиниці переносу в паровій фазі; h_x – висота одиниці переносу в рідкій фазі; G/L – відношення витрат пари і рідини, кмоль / кмоль;

m – середній тангенс кута нахилу лінії рівноваги.

Відношення навантажень по парі і рідині дорівнює:

- для верхньої частини колони

G/L = (R + 1) / R; (5.34)

- для нижньої частини колони

G/L = (R + 1) / (R + F), (5.35)

де F = G_F / G_D – відносні мольні витрати живлення колони.

Величину m можна знайти спрямленням ділянок кривої рівноваги.

При цьому m = (m₁ + m₂ +...+ m_і) / і,

де m₁, m₂,... m_і – тангенси кутів нахилу прямих на окремих ділянках;

і – число ділянок.

Величини одиниць переносу в паровій фазі h_y і в рідкій фазі h_x визначають за емпіричними рівняннями [4,7].

Для колон діаметром до 800 мм:

Висота одиниці переносу в рідкій фазі

h_х = 0,258 Фс , (5.36)

Рис. 5.7. Графіки для визначення коефіцієнтів в рівняннях (5.34) й (5.35).

На приведеному рисунку:

а – залежність коефіцієнтів с і Ψ від відношення робочої швидкості пари до граничної υ/υ_п; б – залежність коефіцієнта Ф від масової густини зрошування U; 1 – 3 – для керамічних кілець Рашига з розмірами 25х25х3 (1), 35х35х4 (2) й 50х50х5 (3)

Висота одиниці переносу в паровій фазі:

h_у = 0,0175Ψ , (5.37)

де Ψ – коефіцієнт, який визначається по рис. 5.7, а; Рr_у = µ_у/(ρ_уD_у) – критерій Прандтля для пари; L_s = L/(0,785D²) – масова густина зрошування, кг/(м²٠с); D – діаметр колони, м; f₁ = (µ_х – в мПа٠с); f ₂ = (1000/ρ_х)^1,25; f ₃ = (72,8٠10^-3)^0,8 /σ; Σ – поверхневий натяг, н/м.

Для колон діаметром більш 800 мм для розрахунку h_у використовується рівняння (5.37), в якому показник степені при D дорівнює одиниці.

Для розрахунку h_х і h_у необхідно визначити в’язкість парів і коефіцієнти дифузії у рідкій D_х і паровій D_у фазах.

В’язкість парів для верхньої частини колони

µ_{у в} = , (5.38)

де µ_{у А} і µ_{у В} – в’язкість парів низько – і високо киплячого компонентів суміші при середній температурі у верхній частині колони, мПа٠с; у_в – середня концентрація парів: у_в = (у_D+у_F)/2.

Таким самим розрахунком знаходять µ_{у н} для нижньої частини колони.

Коефіцієнт дифузії у рідині при середній температурі t (⁰С) дорівнює:

D_х = D_{х 20}[1 + b(t – 20)] (5.39)

Коефіцієнти дифузії у рідині при 20⁰С можна розрахувати за наближеною залежністю:

, (5.40)

де А, В – коефіцієнти, які залежать від властивостей розчиненої речовини і розчинника; v_А, v _В – мольні об’єми компонентів у рідкому стані при температурі кипіння, см³/моль; µ_х – в’язкість рідини при 20⁰С, мПа٠с.

Мольні об’єми визначаються за законом адитивності, наприклад, для бензолу (С₆Н₆) υ_б = 6٠14,8 + 6٠3,7 = 96.

Відносно коефіцієнтів А і В: для нормальних розчинів А = В = 1 (нормальні розчини це такі, в яких ні розчинник, ні розчинена речовина не виявляють схильності до асоціації); для анормальних розчинів А і В не дорівнюють одиниці. Для деяких розчинених речовин і розчинників значення коефіцієнтів А і В [3, 13]:

Коефіцієнт А для деяких речовин, розчинених у воді:

Для газів 1

«етилового спирту 1,24

«метилового спирту 1,19

«оцтової кислоти 1,27

Коефіцієнт В:

Для води 4,7

«етилового спирту 2,0

«метилового спирту 2,0

«ацетону 1,15

«неасоційованих рідин 1,0

Температурний коефіцієнт b визначають за формулою:

b = 0,2 , (5.41)

де µ_х і ρ_х приймають при температурі 20⁰С.

Коефіцієнт дифузії у паровій фазі може бути розрахований за рівнянням:

D_{у в} = , (5.42)

де Т – середня температура у відповідній частині колони, К; Р – абсолютний тиск в колоні, Па.

Отже, після розрахунку коефіцієнтів дифузії, висоти одиниць переносу у рідкій і паровій фазах, загальної висоти і загального числа одиниць переносу, висоти насадки в обох частинах колони, розраховують загальну висоту насадки (ще раз зауважимо, що величини коефіцієнтів дифузії, в’язкості, висоти одиниць переносу, загальної висоти одиниць переносу, числа одиниць переносу і висоти насадки розраховуються окремо для верхньої і нижньої частини колони).

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 72; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!