Ректификационая установка непрерывного действия для разделения смеси CCl4 C7H8 (стр. 3 из 6)
По рассчитанным значениям теперь можно рассчитать объемную долю компонентов смеси в верхней и нижней частях колонны:
; 
м3; 
м3.Подставим численные значения в формулу (2.17):
ρСМ.В = 804.8*0.485+793.6(1-0.485)=799 кг/м3;
ρСМ.Н = 799.9*0.488+790.1(1-0488)=794.9 кг/м3.
Допустимая скорость в верхней и нижней частях колонны соответственно равны:
м/с; 
м/с.Ориентировочный диаметр колонны определяем из уравнения расхода (2.20):
; 
м; 
м.Несмотря на разницу в рассчитанных диаметрах укрепляющей и исчерпывающей частей колонны (вследствие различия скоростей и расходов паров) изготовляют колонну единого диаметра, равного большему из рассчитанных.
Выберем стандартный диаметр обечайки d=1.0 м, [3] одинаковым для обеих частей колонны. При этом рабочая скорость пара будет равна:
ω = 0.818*(0.975/1.0) = 0.78 м/с.
По [3] для колонны диаметром 1000 мм выбираю ситчатую однопоточную тарелку ТС со следующими конструктивными размерами:
Диаметр отверстий в тарелке d0 5 мм
Шаг между отверстиями t15 мм
Свободное сечение тарелки Fc18.8 %
Высота переливного порога hпер 30 мм
Ширина переливного порога b800 мм
Рабочее сечение тарелки Sт 0.713 м2
Скорость пара в рабочем сечении тарелки найдем по формуле:
ωт = ω*0.785*d2/ Sт; (2.21)
ωт = 0.78*0.785*1.02/0.713 = 0.86 м/с.
2.3 Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барботажного слоя [3]
Высоту светлого слоя жидкости h0 для ситчатых тарелок найдем по уравнению:
h0 = 0.787*q0.2*hпер0.56*ωтm[1 – 0.31 exp (- 0/11*μx)]*(σx/σв)0.09. (2.22)
m = 0.05 – 4.6* hпер;
m = 0.05 – 4.6*0.03 = - 0.088.
Вязкость жидких смесей
находим по уравнению: 
. (2.23)Найдем
, 
при средних температурах tВ и tН. Средние температуры жидкости определим по диаграмме t – x,y (Рисунок Б.4) по средним составам фаз: tВ=94.4 0С; tН=97.9 0С.μчху100º= 0.208 мПа*с; μд94.4º= 0.208+[(0.226-0.208)/10]*5.6= 0.218 мПа*с;
μчху90º= 0.226 мПа*с; μд97.9º =0.208+[(0.226-0.208)/10]*2.1= 0.212 мПа*с;
μт100º= 0.271 мПа*с; μт92º = 0.271+[(0.319-0.271)/20]*5.6= 0.284 мПа*с,
μт80º =0.319 мПа*с; μт107º = 0.271+[(0.319-0.271)/20]*2.1= 0.276 мПа*с. [4]
Полученные величины подставляем в формулу (2.23):
=0.675*lg0.218+(1-0.675)*lg0.284; 
=0.24 мПа*с; 
=0.265*lg0.212+(1-0.265)*lg0.276; 
=0.26 мПа*с.Поверхностные натяжения воды определим исходя из зависимости от средней температуры в колонне:
σВ100º= 58.9*10 -3 Н/м;
σВ80º =62.6*10 -3 Н/м;
σВ94.4º = 58.9*10 -3+[(62.6-58.9)*10 -3/20]*5.6= 59.9*10 -3 Н/м,
σВ97.9º = 58.9*10 -3+[(62.6-58.9)* 10 -3/20]*2.1= 59.3*10 -3 Н/м.
Теперь найдем поверхностные натяжения для разделяемых жидкостей:
σд100º=17.3*10 -3 Н/м;
σд80º= 19.6*10 -3 Н/м;
σд94.4º= 17.3*10 -3+[(19.6-17.3)*10 -3/20]*5.6= 17.9*10 -3 Н/м;
σд97.9º =17.3*10 -3+[(19.6-17.3)*10 -3/20]*2.1= 17.5*10 -3 Н/м;
σт100º= 19.4*10 -3 Н/м;
σт80º =21.5*10 -3 Н/м;
σт94.4º = 19.4*10 -3+[(21.5-19.4)*10 -3 /20]*5.6= 20*10 -3 Н/м;
σт97.9º = 19.4*10 -3+[(21.5-19.4) 10 -3/20]*2.1= 19.6 Н/м.
Теперь находим среднее поверхностное натяжение:
σх94.4º =(17.9+20)* 10 -3/2=18.95*10 -3 Н/м
σх97.9º =(17.5+19.6)*10 -3/2=18.55*10 -3 Н/м.
Таким образом, для верхней и нижней частей колонны:
h0В=0.787*(2.378/799*0.8)0.2*0.030.56*0.86- 0.088*[1 – 0.31exp (-
-0.11*0.24)]*(18.95*10 -3/59.9*10 -3) 0.09 =0.0074 м.
Для нижней части колонны:
h0Н = 0.787*(2.18/794.9*0.8)0.2*0.030.56*0.86- 0/088[1 – 0.31exp (-
- 0.11*0.26)]*(18.55*10 -3/59.3*10 -3) 0.09 = 0.0079 м.
Паросодержание барботажного слоя найдем по формуле:
ε =
. (2.24)Критерий Фруда определим по уравнению:
Fr = ω2т/ (g*h0) (2.25)
FrВ = 0.862/(9.81*0.0074)= 10.19;
FrН= 0.862/(9.81*0.0079) = 9.54.
Подставим найденные значения в формулу (2.24):
εВ =
;εН = 
.
2.4 Коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой и паровой фазах [3]
Коэффициент диффузии в жидкости DXпри средней температуре t (оС) равен:
. (2.26)Коэффициент диффузии в жидкости DX20 при 20 оС вычисляем по формуле:
. (2.27)Для разделяемой смеси
μх.в20º=0.485 мПа*с; μх.н20º0.534 мПа*с;
ρСМ.В20º =883 кг/м3; ρСМ.Н20º =883.1 кг/м3.
Подставив численные значения в формулу (2.27), получим:
м2/с; 
м2/с.Температурный коэффициент в определяем по формуле:
в=
. (2.28)вВ=
;вВ=
.Подставляем рассчитанные величины в формулу (2.26):
DХВ=2.18*
*[1+0.0145*(94.4-20)]=4.53* м2/с;DХН=2.08*
*[1+0.0152*(97.9-20)]=4.54* м2/с.Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению
. (2.29) 
м2/с. 
м2/с.2.5 Коэффициенты массопередачи и высота колонны [3]
Рассчитав коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой и паровой фазах, вычислим коэффициенты массоотдачи по формулам:
Для жидкой фазы
βxf= 6.24*105*Dx0.5*(U/1 – ε)0.5*h0*(μY/μX + μY)0.5; (2.30)
Для паровой фазы
βyf= 6.24*105*Fc*DY0.5*(ωт/ε)0.5*h0*(μY/μX + μY)0.5. (2.31)
Подставим численные значения в уравнения (2.29) , (2.30), и найдем коэффициенты массоотдачи в паровой и жидкой фазах для верхней и нижней частей колонны:
Плотность орошения и вязкость паров для укрепляющей и исчерпывающей частей колонны соответственно равны: Uв=0.00242 м³/м²*с; Uн=0.00349 м³/м²*с; μy.в=0.0338 мПа*с; μy.н=0.0344 мПа*с.
Для верхней части колонны
βвxf= 6.24*105*(4.53*10-8)0.5*(2.42*10-3/1 – 0,76)0.5*0,0074* *(0,0338/(0,24 + 0,034))0.5 = 0.0037 м/с;
βвyf= 6.24*105*0.188*(5.76*10-6)0.5*(0.78/0.76)0.5*0.0074* *(0.0338/(0.0344 + 0.0338))0.5 =1.61м/с.
Аналогично для нижней части колонны получаем
βНxf= 0.095 м/с;
βНyf= 1.72 м/с.
Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м2*с) по формулам:
Для верхней части колонны
βxf = 0.0037*(799/89.3) = 0.033 кмоль/(м2*с);
βyf = 1.61*(2.96/89.16) = 0.053 кмоль/(м2*с).
для нижней части колонны
βxf = 0.095*(794.9/90.94) = 0.83 кмоль/(м2*с);
βyf = 1.72*(2.99/90.8) = 0.057 кмоль/(м2*с).
Определим координаты одной точки кинетической линии.
Пусть x = 0.6. Коэффициент распределения компонента по фазам m = 0.82.
Коэффициент массопередачи вычислим по формуле:
Кyf = 1/ (1/βyf + m/βxf); (2.32)
Кyf = 1/ (1/0.053 + 0.82/0.033) = 0.0229 кмоль/(м2*с).
Общее число единиц переноса n0y на тарелку найдем по уравнению:
n0y = Kyf*M´/(ωт*ρy); (2.33)
n0y = 0.0229*89.16/(0.78*2.96) = 0.88