Файл: И. О. Фамилия Проектирование тарельчатой ректификационной колонны для разделения смеси метанол бензол.docx

Рассчитаем коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой Dx и паровой D_y фазах. Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

D_x = D_x₂₀[1+b(t-20)] (3.4)
Коэффициент диффузии в жидкости при 20°С приближенно возможно рассчитать согласно формуле:

(3.5)

²
D_x₂₀ =

где, А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; υ_н , υ_в - мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль; _x- вязкость жидкости, мПа∙c.

Температурный коэффициент b определяется по формуле

b =

(3.6)

Тогда:

b_в =

= 0,01335

b_н =

= 0,01281

Мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения см³ /моль

= 96,5 [см³ /моль]

= 40,45 [см³ /моль]

Коэффициент диффузии в жидкости для верхней и нижней части колонны при 20 °С , м ² /с

D_в20 =

= 8,5928

10^-9[м ² /с]

D_н20 =

= 9,2756

10^-9[м ² /с]

Коэффициент диффузии в жидкости верхней и нижней части колонны соответственно, м² /с:

D_x_в = 8,5928

10^-9[1+0,01335 (59-20)] = 13,06666

10^-9 [м ² /с]

D_x_н = 9,2756

10^-9[1+0,01281 (69-20)] = 15,0978

10^-9[м ² /с]

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению

D_y =

(3.7)

где , T - средняя температура в соответствующей части колонны, К;

P - абсолютное давление в колонне, Па.

Коэффициент диффузии в паровой фазе, в верхней и нижней частях колонны:

D_y_в =

= 0,0000668 [м² /c]

D_y_н =

= 0,0000698 [м² /c]

Уравнения для расчета коэффициентов массоотдачи, для тарелок барботажного типа имеют вид

= 6,24

10⁵ D_x^0,5(

)^0,5 h₀(

)^0,5 (3.8)

= 6,24

10⁵ F_c D_y^0,5(

)^0,5 h₀(

)^0,5 (3.9)

Где U – плотность орошения м³/(м²с)

= 0,0005159

= 0,016277
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, для верхней и нижней частей колонны соответственно:

= 6,24

10⁵ (13,06666

10^-9 )^0,5(

)^0,5 0,067028 (

)^0,5

= 1,211 [м/с]

= 6,24

10⁵ (15,0978

10^-9)^0,5(

)^0,5 0,071072 (

)^0,5

= 0,505 [м/с]

= 6,24

10⁵) ^0,5(

)^0,5 0,067028 (

)^0,5

= 9,2 [м/с]

= 6,24

10⁵ ^0,5(

)^0,5 0,071072 (

)^0,5

= 6,96 [м/с]

Произведем пересчет коэффициентов массотдачи в жидкой и паровой фазе для верхней и нижней части колонны в кмоль/(м² ·с), соответственно:

= 1,211

= 15,83

= 0,505

= 5,379

= 9,2

= 0,338

= 6,96

= 0,248
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 х_w до х_p.

Пусть x=0,02 кмоль/кмоль смеси. Коэффициент распределения компонента по фазам ( тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) m = tg

= 0,111

Коэффициент массопередачи вычисляем по верхней части колонны, [кмоль/(м²

с)]:

K_y_в =

= 0,3372 [кмоль/(м²

с)]

K_y_н =

= 0,2467 [кмоль/(м²

с)]

Общее число единиц переноса на тарелку находим по уравнению

n_oy =

= 196,277
Локальная эффективность равна

E_y = 1 – e^-^noy=1- e^-196,277= 4,727

Рисунок 3.1 – Определение числа действительных тарелок

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

Фактор массопередачи для нижней части колонны,

= 0,428

Примем долю байпасирующей жидкости принимаем θ = 0,82. Для определения числа ячеек полного перемешивания как отношение длины пути жидкости на тарелке l_т к длине l, в соответствии, примем l=350 мм. Тогда длина пути жидкости, м:

l_т =