Проект ректификационной установки непрерывного действия для разделения смеси метиловый - этиловый спирт (стр. 3 из 7)

;

б)в нижней части колонны

;

.

Средняя плотность пара в колонне:

;

.

Определяем скорость пара в колонне. Принимаем расстояние между тарелками h = 450 мм. По графику (рис.4,8 стр.69 [2]) находим С = 630.

;

.

где M_D – мольная масса дистиллята.

.

,

Тогда диаметр колонны:

.

По каталогу – справочнику «Колонне аппараты» принимаем D = 2600 мм. Тогда скорость пара в колонне будет:

;

1.3 Определим высоту колонны

Высоту колонны определим графо- аналитическим методом, т.е. последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты действия тарелок; строим кинетическую кривую и определяем число действительных тарелок.

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывают по формуле:

где

- коэффициент диффузии паров в метиловом спирте, рассчитывается по формуле:

- критерий Рейнольдса для паровой фазы

,

где

- коэффициент динамической вязкости смеси метилового и этилового спиртов при средней температуре.

Вязкость рассчитывают по формулам:

,

где

- мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; μ_ср.п ,μ_А, μ_В – соответствующие им динамические коэффициенты вязкости:

в верхней части колоны при температуре t=71,4⁰С

μ_Ап= 0,010946 мПа·с, μ_Вп= 0,010047 мПа·с

в нижней части колонны при t=76,8⁰С

μ_Ап= 0,01112 мПа·с, μ_Вп= 0,01022 мПа·с;

y_А, y_В – объемные доли компонентов в паровой смеси.

Тогда:

Рассчитываем коэффициент диффузии паров по формуле:

Критерий Рейнольдса для паровой фазы:

Рассчитав все эти величины, определим и коэффициент массоотдачи в паровой в верхней и нижней частях колонны фазе по уравнениям:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

гдеD_ж- коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте, м/с²; М_ж.ср.- средняя мольная масса жидкости в колоне, кг/кмоль

Pr^/_ж- диффузионный критерий Прандля

Коэффициент диффузии пара в жидкости D_t связан с коэффициентом диффузии D₂₀ следующей приближенной зависимостью:

где b- температурный коэффициент. Определяется по формуле:

где μ_ж- динамический коэффициент вязкости жидкости при 20⁰С, мПа·с; ρ- плотность жидкости, кг/м³.

Коэффициент диффузии в жидкости при 20⁰С можно определять по формуле:

где μ_ж- динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с; ν_А, ν_В- мольные объемы компонентов А и В;А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; М_А, М_В- мольные массы растворенного вещества и растворителя.

Динамический коэффициент вязкости жидкости:

где μ_А, μ_В- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].

Коэффициент динамической вязкости жидкости для верхней и нижней части колонны при температуре 20⁰С равен:

Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при 20⁰С для верхней и нижней чисти колонны:

Расчет коэффициента b.Для верхней и нижней части колонны:

Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при средней температуре для верхней и нижней части колонны:

Рассчитываем коэффициент динамической вязкости жидкости в верхней и нижней части колонны при средней температуре:

при 70⁰С: μ_А=0,321 мПа·с; μ_В=0,625 мПа·с

при 76,6⁰С: μ_А=0,321 мПа·с; μ_В=0,56 мПа·с

Критерий Прандля для верхней и нижней части колонны:

Средняя мольная масса жидкости в верхней и нижней части колонны:

Рассчитав все величины, определяем коэффициент массоотдачи в жидкой фазе по уравнению:

Коэффициенты массопередачи определяем по уравнению:

где m – тангенс угла наклона линии равновесия на рабочем участке.

Для определения угла наклона разбиваем ось х на участки и для каждого из них находим среднее значение тангенса как отношение разности ординат (у^*-у) к разности абсцисс (х-х^*), т.е.

Подставляем найденные значения коэффициентов массоотдачи β_п и β_ж и тангенсов углов линии равновесия в уравнение, находим величину коэффициента массопередачи для каждого значения х в пределах от 0,07 до 0,95.

Полученные данные используем для определения числа единиц переноса n_у в паровой фазе:

где φ – отношение рабочей площади к свободному сечению колонны, равному 0,8.

Допуская полное перемешивание жидкости на тарелке имеем:

где η=АВ/АС – КПД тарелки.

Результаты всех расчетов сводим в таблицу 3.1