Высота насадки

1.3 Высота насадки

Высоту насадки Н определяют по модифицированному уравнению массопередачи:

 (1.24)

где  - общее число единиц переноса по паровой фазе;

 - общая высота единицы переноса, м.

Общее число единиц переноса вычисляют по уравнения:

 (1.25)

Решим этот интеграл методом графического интегрирования:

 (1.26)

где S – площадь, ограниченная кривой, ординатами  и осью абсцисс рис. 8; М_х, М_y – масштабы осей координат.

Данные для графического изображения функции  приведены ниже:

y	y*-y	1/(y*-y)		y	y*-y	1/(y*-y)
0,020	0,043	23,26		0,629	0,096	10,42
0,064	0,060	16,67		0,703	0,092	10,87
0,097	0,068	14,70		0,8	0,075	13,34
0,137	0,079	12,66		0,837	0,061	16,39
0,265	0,100	10,00		0,867	0,05	20,00
0,391	0,084	11,90		0,899	0,035	28,57
0,500	0,064	15,62		0,928	0,027	37,04
0,528	0,072	13,89		0,953	0,022	45,45
0,545	0,080	12,50		0,967	0,018	55,55
0,564	0,086	11,63		0,970	0,015	66,67

Рисунок 8 – Графическое определение общего числа единиц переноса в паровой фазе для верхней (укрепляющей) части колонны в интервале изменения состава пара от у_F до у_Р и для нижней (исчерпывающей) – в интервале от от у_W до у_F.

По рисунку находим общее число единиц переноса в верхней  и нижней  частях колонны:

; .

Общую высоту единиц переноса  определим по уравнению аддитивности:

 (1.27)

где  и  - частные высоты единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах;

 - средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колоны.

Отношение нагрузок по пару и жидкости G/L, кмоль/кмоль, равно:

для верхней части колонны

 (1.28)

для нижней части колонны

 (1.29)

где

 (1.30)

Подставив численные значения, получим:

Высота единицы переноса в жидкой фазе

 (1.31)

где  - коэффициенты, определяемые по рисунку;

 - критерий Прандтля для жидкости;

 - высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решётки и нижних слоёв насадки, а также из условия равномерности распределения жидкости по насадке не должна превышать 3 м.

Высота единиц переноса в паровой фазе

 (1.32)

где  - коэффициент, определяемые по рисунку ;

 - критерий Прандтля для пара;

 - массовая плотность орошения, кг/(м²с);

 - диаметр колонны, м;

Поверхностное натяжение  для верхней части колонны, принимаем поверхностное натяжение легколетучего компонента при температуре верха колонны, а поверхностное натяжение для нижней части колонны, принимаем поверхностное натяжение для тяжело кипящего компонента при температуре низа колонны.

Необходимо определить вязкость паров и коэффициенты диффузии в жидкой  и паровой  фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:

 (1.33)

где  и  - вязкость паров этилацетата и толуола при средней температуре верхней части колонны, [3 c.36], мПас;

Примечание: так как нет надёжных данных для определения вязкости паров этилацетата, поэтому берём вязкость паров для диэтилового эфира.

 - средняя концентрация паров:  

Подставив, получим:

Аналогично расчётом для нижней части колонны находим

 (1.34)

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t (в ⁰С) равен:

 (1.35)

Коэффициенты диффузии в жидкости  при 20 ⁰С можно вычислить по приближённой формуле:

 (1.36)

где А, В – коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя;

 - мольные объёмы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль;

 - вязкость жидкости при 20 ⁰С, мПа∙с,[2 табл. V c.556].

Вычислим вязкость жидкости для верхней части колонны при температуре 20 ⁰С:

Вычислим вязкость жидкости для нижней части колонны при температуре 20 ⁰С:

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20 ⁰С равен:

Температурный коэффициент b определяют по формуле:

 (1.37)

где  и  принимают при температуре 20 ⁰С, [2 табл. V c.556 и 3 с.36].

Плотность жидкости при 20 ⁰С в верхней и нижней частей колонны найдём по формуле:

Тогда

Тогда

Подставим полученные численные значения для определения температурного коэффициента:

Отсюда

Аналогично для нижней части колонны находим:

Коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны при 20 ⁰С равен:

Температурный коэффициент b определяют по формуле:

Тогда коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны:

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

 (1.38)

где Т – средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р – абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда для верхней части колонны:

Аналогично для нижней части колонны получим:

Подставив численные значения, получим:

Таким образом, для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

По уравнению находим общую высоту единиц переноса для верхней и нижней части колонны:

 (1.39)

 (1.40)

Значения m=0,628 для верхней части колонны и m=1,737 - для нижней, определены арифметическим усреднением локальных значений m в интервалах изменения составов жидкости соответственно от x_F до x_P и от x_W до x_F.

 

 Высота насадки в верхней и нижней частях колонны равна соответственно:

 

Общая высота насадки в колонне:

С учётом того, что высота слоя насадки в одной секции Z=2 м, общее число секций в колонне составляет 4 (2 секции в верхней части и 2 – в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определяют по уравнения:

 (1.41)

где Z – высота насадки в одной секции, м;

n – число секций;

 - высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м;

 - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.

Общая высота колонны: