Высота насадки

Высота насадки определяется как:

H=n_oyh_oy,

где n_oy – общее число единиц переноса по паровой фазе; h_oy – общая высота единицы переноса, м.

Общее число единиц переноса:

Данные для графического изображения функции приведены ниже:

y	y*-y
0,03 0,12 0,185 0,25 0,32 0,36 0,405 0,45 0,49 0,535 0,58 0,62 0,655 0,71 0,78	0,02 0,025 0,025 0,025 0,025 0,05 0,06 0,08 0,095 0,105 0,11 0,105 0,095 0,08 0,07	16,7 12,5 10,5 9,5 9,1 9,5 10,5 12,5 14,3

Общее число едениц переноса в верхней и нижней частях колонны:

Нижняя часть n_oyв=5,175

Верхняя часть n_oyн=12,5

Общую высоту единиц переноса h определим по уравнению аддитивности:

h_oy= h_y+mGh_x/L,

где h_xи h_y – частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах

m - средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

Отношение нагрузок по пару и по жидкости равно:

Для верхней части колонны

G/L=(R+1)/R=(6,87+1)/6,87=1,145

Для нижней части колонны

G/L=(R+1)/R+f

где f= FM_P/ PM_F

f= 4,5·35,08/(1,089·42,5)=2,58

Тогда для нижней части:

G/L=(6,87+1)/(6,87+2,58)=0,8

Высота единиц переноса в жидкой фазе:

h_x=0,258·Ф·с·Pr_x^0,5Z^0,15

Pr_x=μ_x/(ρ_x·D_x) – критерий Прандтля для жидкости;

Z=3– высота слоя насадки одной секции.

Высота единиц переноса в паровой фазе:

h_у=0,0175·ψ·Pr_у^0,5 d·Z^0,33/(L_sf₁·f₂·f₃)^0,6

где ψ =75– коэффициент (по графику);

Pr_y=μ_y/(ρ_y·D_y) – критерий Прандтля для жидкости;

Z – высота слоя насадки одной секции,

L_s=L/(0,785d²) –массовая плотность орошения, кг/(м²·с);

d- диаметр колонны, м;

верх L_s=0,82

низ L_s=1,3

f₁=μ_х^0,16=0,867;

f₂=(1000/ρ_x)=1,347;

f₃=(72,8·10^-3)^0,8/σ=6,575

Для расчёта h_xи h_у необходимо знать вязкости паров и коэффициенты диффузии.

Вязкость паров для верхней части колонны:

Средняя концентрация паров:

y_в =(0,78+0,317)/2=0,548

Вязкость паров метанола и этанола при средней температуре смеси T_cp′=72 ˚C верхней, T_cp′′=76,7˚C верхней и нижней части колонны соответственно:

мПа·с

мПа·с

Вязкость паров для нижней части колонны:

мПа·с

мПа·с

Средняя концентрация паров:

y_н =(0,317+0,03)/2=0,173

мПа·с

Тогда для нижней части колонны аналогично:

мПа·с

Вязкость паров и близки, поэтому можно принять сренюю вязкость паров в колонне:

μ_y=0.01035 мПа с

Коэффициенты диффузии в жидкости при средней температуре t для верхней части колонны:

, здесь температурный коэффициент:

μХ =0,584 мПа·с при 20ºС (Павлов)

Коэффициент диффузии в жидкости при 20 ˚C:

Здесь коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества м растворителя:

А = 1,19, В = 2 [2, с.289];

v1 = 37 – мольный объем метанола;

v2 = 59,2 – мольный объем этанола [2, с.277].

Тогда

Коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны:

Температурный коэффициент:

Тогда

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

Т- средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р- абсолютное давление в колонне, Па.

Для верхней части колонны:

D_yв= =1,775 10^-6м²/с

Для нижней части колонны:

D_yн= =1,217 10^-6 м²/с

Высота единиц переноса в жидкой фазе:

h_x=0,258·Ф·с·Pr_x^0,5Z^0,15

Высота единиц переноса в паровой фазе:

h_у=0,0175·ψ·Pr_у^0,5 d·Z^0,33/(L_sf₁·f₂·f₃)^0,6

где L_s=L/(0,785d²) –массовая плотность орошения, кг/(м²·с);

Pr_x=μ_x/(ρ_x·D_x) – критерий Прандтля для жидкости;

с, Ф и ψ – коэффициенты (по графику 6.6.);

Pr_y=μ_y/(ρ_y·D_y) – критерий Прандтля для пара;

Для верхней части колонны:

L_s=8,27/(0,785· 3²)=1,17

Pr_x=0,411· /(728,6·3,7· ) =152,46

f₁=μ_х^0,16= 0,411^0,16 =0,867 мПа·с;

f₂=(1000/ρ_x)^1,25 = (1000/728,6)^1,25 =1,482;

f₃=(72,8·10^-3)^0,8/σ= (72,8·10^-3)^0,8/18,25·10^-3=6,48

с=0,61, Ф=0,04, ψ=93

Pr_y= 0,0175·10^-3/(1,354·1,775·10^-6) =4,369

h_xв=0,258·0,04·0,61·(152,46)^0,5·3^0,15=0,092 м

h_ув=0,0175·93·(4,369)^0,5 3·3^0,33/(1,17·0,867·1,482·6,48)^0,6=1,51 м

Для нижней части колонны:

L_s=12,92/(0,785· 3²)=1,83

Pr_x=0,421· /(728,6·4,2· ) =137,58

f₁=μ_х^0,16= 0,421^0,16 =0,8671 мПа·с;

f₂=(1000/ρ_x)^1,25 = (1000/728,6)^1,25 =1,482;

f₃=(72,8·10^-3)^0,8/σ= (72,8·10^-3)^0,8/17,6·10^-3=6,99;

с=0,67, Ф=0,041, ψ=105

Pr_y= = 0,0102·10^-3/(1,519·1,217·10^-6) =5,518

h_xн=0,258·0,041·0,67·(137,58)^0,5·3^0,15=0,098 м

h_ун=0,0175·105·(5,518)^0,5 3·3^0,33/(1,83·0,871·1,482·6,99)^0,6=1,13 м

Общая высота единицы переноса для верхней и нижней частей колонны:

h_oy= h_y+mGh_x/L

Средний коэффициент распределения в условиях равновесия:

m для верхней части колонны: m=2,2/2,7=0,815

m для нижней части колонны: m=1,7/1,4=1,214

Для верхней части колонны:

h_oyв= 1,51+(0,815·9,36·0,092)/8,27=1,59 м;

Для нижней части колонны:

h_oyн= 1,13+(1,214·10,65·0,098/12,92=1,23 м

Высота насадки в верхней и нижней частях колонны:

H_в=n_oyвh_oyв=5,175·1,59=8,23 м;

H_н=n_oyнh_oyн=12,5·1,23=15,38 м

Общая высота насадки: Н=H_в+H_н=8,23+15,38=24 м

С учетом того, что высота слоя насадки в одной секции Z=3 м, общее число секций в колонне составляет 8 (5 секций в верхней части колонны и 3 – в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определяем по уравнению: Н_к=Zn+(n-1)h_р+Z_в+Z_н,

где Z – высота 1 секции, м; h_р – расстояние между слоями насадки; n– число слоёв насадки; Z_в и Z_н – сепарационные пространства между насадкой и днищем соответственно.

Z_в =1400 мм=1,4 м;

Z_н =2500 мм=2,5 м.

Общая высота колонны:

Н_к=3·8+(8-1)0,5+1,4+2,5=32 м.

H_в = 3 м; H_н = 5 м.

Общая высота колонны:

Н_к=3·3+(3-1)0,5+1,4+2,5=15 м.

Дата добавления: 2015-06-29