Определение числа тарелок - Колонные аппараты

Для определения числа тарелок воспользуемся методом кинетической кривой.

Этот метод основан на определении КПД тарелки по Мэрфи и позволяет находить действительное число тарелок.

Построение кинетической кривой ведем согласно /3/.

Коэффициент массопередачи определяется из уравнения аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

Где - коэффициенты массоотдачи соответственно в паровой и жидкой фазах, ; m - коэффициент распределения в уравнении равновесия.

Для расчета коэффициентов массоотдачи в паровой и жидкой фазах воспользуемся эмпирическими зависимостями /1, стр. 239/:

Где - коэффициент диффузии компонента А в паровой фазе, ; - коэффициент диффузии компонента А в жидкой фазе, ; 0,043 - относительная площадь прохода паров /1, прил. 5.2/ ; - вязкость паровой фазы, ; - вязкость жидкой фазы, ; - плотность орошения, ; - скорость пара в рабочем сечении тарелки, ; - газосодержание ; - высота светлого слоя жидкости на тарелке, м.

Высота светлого слоя жидкости на ситчатой тарелке определяется по формуле:

Где - высота переливной перегородки, м; - удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки, ; - ширина сливной перегородки, м; - поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней температуре в колонне /2, табл. 24/; .

Вязкость жидких смесей находим по уравнению:

Где и - вязкости жидких ацетона и воды при температуре смеси /2/.

Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна:

Откуда

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Паросодержание барботажного слоя находят по формуле:

Критерий Фруда

Для верхней части колонны:

Для нижней части колонны:

Вязкость паров в верхней части колонны:

Где и - вязкости паров ацетона и воды при средней температуре верхней части колонны, мПас; yВ и yН - средние концентрации паров в верхней и нижней частях колонны.

Тогда

Рассчитываем коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой DX и паровой DY фазах.

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре /1, 6.22/:

Где - коэффициент диффузии при ; - температурный коэффициент.

Коэффициент диффузии в жидкости при можно вычислить по приближенной формуле /1/:

Где - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя /2, 289/; - вязкость жидкости при, ; , - мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, /2, 288/

Тогда коэффициент диффузии в жидкости при 20С равен:

Температурный коэффициент:

Где принимают при температуре /2/.

Тогда

Тогда имеем:

    - для верхней части - для нижней части

Коэффициент диффузии в паровой фазе может быть вычислен по уравнению:

,

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:

Плотность орошения определяется соотношением:

Где - массовый расход жидкости, кг/с.

S - рабочее сечение тарелки, м2

Тогда имеем:

- для верхней части колонны

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

- для нижней части колонны

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

Пересчитаем коэффициенты массоотдачи на кмоль/(м2С):

- для верхней части колонны

- низ колонны

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 до. В качестве примера приведем расчет коэффициента массопередачи и данных для построения кинетической кривой на примере одной точки с концентрацией.

Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке)

Коэффициент массопередачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи в нижней части колонны:

Общее число единиц переноса на тарелку определим по уравнению:

Локальная эффективность:

Для определения эффективности по Мэрфи необходимо рассчитать также фактор массопередачи, долю байпасирующей жидкости, число ячеек полного перемешивания S и межтарельчатый унос e.

Фактор массопередачи для нижней части колонны:

Долю байпасирующей жидкости для различных конструкций тарелок можно найти в монографии /5, рис. III-20/. Для ситчатых тарелок при факторе скорости

принимают /8/.

Для колонн диаметром более 600 м отсутствуют надежные данные по продольному перемешиванию жидкости, поэтому с достаточной степенью приближения можно считать, что одна ячейка перемешивания соответствует длине пути жидкости l = 300-400 мм. Примем l = 350 мм и определим число ячеек полного перемешивания S как отношение длины пути жидкости на тарелке lТ к длине l.

Определим длину пути жидкости lТ Как расстояние между переливными устройствами:

Тогда число ячеек полного перемешивания на тарелке

Относительный унос жидкости е в тарельчатых колоннах определяется в основном скоростью пара, высотой сепарационного пространства и физическими свойствами жидкости и пара. В настоящее время нет надежных зависимостей, учитывающих влияние физических свойств потоков на унос, особенно для процессов ректификации.

Для этих процессов унос можно оценить с помощью графических данных, представленных на рис. 6.7 /1, 242/. По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса Т / (тНС). Коэффициент т, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:

Высота сепарационного пространства НС равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью тарелки, расположенной выше:

Где - межтарельчатое расстояние, м.

- высота барботажного слоя (пены), м

В соответствии с каталогом /9/ для колонны диаметром 800 мм расстояние. Высота сепарационного пространства в нижней части колонны меньше, чем в верхней, поэтому определим hП для низа:

Тогда имеем:

Тогда при комплексе унос составит:

Унос жидкости в верхней части колонны и значительно отличается от уноса в нижней части колонны. Подставляя в уравнения 3.35-38 вычисленные значения m, EY, , S и е определяем КПД по Мэрфи

Зная эффективность по Мэрфи, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки yК По соотношению:

Где - концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.

Отсюда:

Аналогичным образом подсчитаны и для других составов жидкости.

Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Данные к построению кинетической кривой

Параметр

Верхняя часть

Нижняя часть

0,006

0,11

0,26

0,41

0,56

0,71

0,86

5,4

0,55

0,2

0,1

0,16

0,26

0,6

0,041

0,053

0,054

0,055

0,054

0,043

0,041

1,344

1,737

1,769

1,803

1,769

1,336

1,274

0,74

0,824

0,829

0,835

0,829

0,737

0,720

4,87

1,25

0,96

0,87

0,92

1,02

1,14

1,64

1,08

1,03

1,02

1,02

0,92

0,92

0,59

0,96

0,98

0,99

0,98

0,88

0,83

0,21

0,24

0,24

0,24

0,24

0,12

0,12

0,04

0,29

0,54

0,76

0,81

0,85

0,89

Взяв отсюда значения, наносят на диаграмму точки, по которым проводят кинетическую линию (рисунок 3.4).

Построением ступеней изменения концентраций между рабочими линиями и кинетической кривой в интервале концентраций от xP до xF определяют число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) части NВ И в интервале от xF До xW - число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны NН.

кинетическая кривая

Рис. 3.4 - Кинетическая кривая.

Построение дает следующие результаты:

- укрепляющая часть шт. ;

    - исчерпывающая часть шт. - Общее число тарелок составит.

Похожие статьи




Определение числа тарелок - Колонные аппараты

Предыдущая | Следующая