Расчет и проектирование ректификационной колонны насадочного типа (стр. 2 из 2)

Для расчёта h_x и h_y необходимо определить вязкость и коэффициенты диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:

где

и - вязкости паров воды и этанола при средней температуре верхней части колонны; y_В =(y_P + y_F)/2 – средняя концентрация паров. Подставив получим:

y_В =(0,86 + 0,33)/2 = 0,595

= 0,368 мПа с

Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим

=0,24 мПа с

Вязкости паров для верхней и для нижней частей колонны близки, поэтому можно принять среднюю вязкость паров в колонне

= 0,304 мПа с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

D_x = D_{x 20} (1+b(t-20))

Коэффициенты диффузии в жидкости D_{x 20} при 20^оС можно вычислить по приближённой формуле:

D_{x 20} =

Тогда коэффициенты диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20^оС

D_{x В20} =

= 9,3*10^-9 м²/с

Температурный коэффициент

b =

= 0,2 = 0,017

Отсюда

D_xВ = 9,3*10^-9 (1+0,017(88-20)) = 20,05*10^-9 м²/с

Аналогично находим для нижней части колонны

D_xН = 9,3*10^-9 (1+0,017(97-20)) = 21,47 м²/с

Коэффициент диффузии в паровой фазе

D_y =

Где Т- средняя температура в соответствующей части колонны; Р- абсолютное давление в колонне.

Тогда

D_yВ =

= 9,86*10^-7 м²/с

D_yH = 10,1*10^-7 м²/с

Таким образом, для верхней части колонны:

h_xВ = 0,258 * 0,068 * 0,92(0,396*10^-3/852*20,05*10^-9)^0,53^0,15 = 0,09 м

h_yВ =

= 2,26 м

Для нижней части колонны

h_x = 0,09 м

h_y = 2,01

Общая высота единицы переноса

h_{0 yB} = h_y +

h_x = 2,26 + 0,09 = 2,7 м

h_{0 yH} = h_y +

h_x = 2,01 + 0,09 = 2,12 м

Высота насадки:

Н_В = 5,4*2,7 = 14,6

Н_Н = 4,6*2,12 = 9,8

Общая высота насадки:

Н = 14,6+9,8 = 24,4 м

С учётом того, что высота слоя насадки в одной секции Z равна 3м, общее число секций в колонне составляет 13 ( 8 секций в верхней части и 5 - в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определим по уравнению

H_K = Zn +(n-1) h_P + Z_B + Z_H= 3*13+12*0,5+1,4+2,5 = 48,9 м

IV. Расчёт гидравлического сопротивления насадки

Гидравлическое сопротивление насадки

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки

где l - коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.

Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны

Re_yB =

5310

Re_yH =

10080

Следовательно, режим движения турбулентный.

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашинга

l = 16/Re_y^0.2

l_B = 16/5310^0.2 = 2,88

l_H= 16/10080^0.2 = 2,53

Находим гидравлическое сопротивление сухой насадки

= = 1509 Па

= = 483 Па

Плотность орошения

U_B =

= 0,00039 м³/(м²с)

U_Н =

= 0,00091 м³/(м²с)

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:

DР_В = 10^169*0,00039 1509 = 1756,3 Па

DР_В = 10^169*0,00091 483 = 668,3 Па

DР = DР_В + DР_Н = 1756,3+668,3 = 2424,6 Па

Гидравлическое сопротивление насадки составляет основную долю общего сопротивления ректификационной колонны. Общее же сопротивление колонны складывается из сопротивлений орошаемой насадки, опорных решёток, соединительных паропроводов от кипятильника к колонне и от колонны к дефлегматору. Общее гидравлическое сопротивление ректификационной колонны обусловливает давление и, следовательно, температуру кипения жидкости в испарителе. При ректификации под вакуумом гидравлическое сопротивление может существенно отразиться также на относительной летучести компонентов смеси, т. е. изменить положение линии равновесия.

Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры ректификационной колонны ряда явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание, тепловые эффекты и др.), что иногда может внести в расчет существенные ошибки. Оценить влияние каждого из них можно, пользуясь рекомендациями, приведенными в литературе [8, 11, 12] в гл. III.