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.
Рис. 3.4 - Кинетическая кривая.
Построение дает следующие результаты:
- укрепляющая часть шт. ;
- - исчерпывающая часть шт. - Общее число тарелок составит.
Похожие статьи
-
Определение скорости пара и диаметра колонны - Колонные аппараты
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений: Где МD и МF - мольные массы дистиллята...
-
Расчет высоты насадки - Колонные аппараты
Расчет высоты насадочной колонны ведем согласно [11] через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЕТТ).Высота слоя насадки НН может быть...
-
Высота колонны, Гидравлическое сопротивление тарелок колонны - Колонные аппараты
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле: Где h - расстояние между тарелками, м; - расстояние соответственно между верхней...
-
Выбор опоры - Колонные аппараты
Выбор опоры осуществляется по максимальным и минимальным приведенным нагрузкам. Максимальная приведенная нагрузка для нижнего сечения опорной обечайки...
-
Цель расчета Целью технологического расчета колонны ректификации является составление материального баланса, расчет диаметра колонны, числа тарелок и...
-
Описание схемы ректификационной установки - Колонные аппараты
Процесс непрерывной ректификации осуществляется в ректификационной установке, включающей колонну ректификации, подогреватель исходной смеси, дефлегматор,...
-
В химической технологии для разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, широко используются процессы...
-
Описание конструкции колонны и обоснование ее выбора Основными показателями при выборе типа тарелки являются ее эффективность (или число единиц переноса...
-
Выбор конструкционного материала - Колонные аппараты
При выборе конструкционного материала учитываются следующие факторы: рабочее давление в аппарате, температура среды и ее коррозионная активность. В...
-
Обозначим массовый расход дистиллята через GD кг/с, кубового остатка GW Кг/с, исходной GF кг/с. Из уравнений материального баланса ректификационной...
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДА ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА И ЧИСЛА ФАКТОРОВ - Многомерный статистический анализ
Определение метода факторного анализа. Различные методы факторного анализа различаются в зависимости от подходов, которые используются для выделения...
-
Ректификация - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
РЕКТИФИКАЦИЯ (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся т-рами...
-
Заключение, Список использованной литературы - Колонные аппараты
В курсовом проекте в соответствие с заданием приведены следующие разделы: - описание технологической схемы; - выбор конструкции колонны и...
-
Тепловой расчет установки, Расчет тепловой изоляции - Колонные аппараты
Расход тепла, отдаваемого охлаждающей водой в дефлегматоре-конденсаторе: Где rD - удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, Дж / кг Удельная...
-
Цель расчета Целью расчета является определение размеров основных элементов аппарата, исходя из условий прочности и устойчивости. Расчет ведется согласно...
-
Насосное оборудование, Расчет диаметров штуцеров - Колонные аппараты
Подбор насоса для подачи исходной смеси на питающую тарелку из емкости проведем по формуле, согласно /2/: Где - геометрическая высота подъема исходной...
-
Определение средних температур теплоносителей t tКонд. гр. п. ?tМ tНач ?tБ t'Нач F Рис. 1 Температурная схема Где t'Нач - начальная температура...
-
Цель раздела Целью раздела является подбор емкостей исходной смеси, дистиллята и кубового остатка, теплообменной аппаратуры (дефлегматора), диаметра...
-
Определение коэффициентов нагрева и теплоотдачи
В теплообменник имеющий поверхность нагрева S, поступает сухой насыщенный водяной пар при избыточном давлении Р и нагревает в нем жидкость в количестве G...
-
Подробный расчет теплообменного аппарата, Теплоотдача в трубах - Выпаривание раствора хлорида калия
Теплоотдача в трубах По (/1/, табл. 4.1, стр. 151) находим, что теплоотдача для раствора описывается уравнением: (30), Где - критерий Нуссельта;-...
-
Определение определенного интеграла - Определенный интеграл
Пусть в интеграле нижний предел а = const, а верхний предел b изменяется. Очевидно, что если изменяется верхний предел, то изменяется и значение...
-
Залежність крекінг-процесу від температури - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Подібно до того, як було спростовано уявлення про вплив фазового стану на крекінг-процес, при подальшій роботі було вияснено, що й інші параметри, нібито...
-
Определение коэффициента диффузии - Абсорбция аммиака
Находим по таблице (приложение 7) коэффициенты диффузии двуокиси углерода в газовой и жидкой фазе при температуре 20єС и пересчитываем их значения для...
-
Определение температуры плавления Температуру плавления определяем с помощью малогабаритного нагревательного стола типа "Boetinus" с наблюдательным...
-
Определение рабочей скорости газового потока - Абсорбция аммиака
Рабочую скорость газа принимают в зависимости от технических, эксплуатационных, экономических и других факторов. Обычно она превышает половину скорости...
-
Теорема 1. Предел постоянной равен самой постоянной. . Доказательство. f(x)=с, докажем, что . Возьмем произвольное e>0. В качестве d можно взять любое...
-
Сложение, вычитание, умножение комплексных чисел в алгебраической форме производят по правилам соответствующих действий над многочленами. Четность и...
-
Детонація моторного палива і октанове число - Алкани як паливо
Стукіт у циліндрах, який чути під час експлуатації автомобільного двигуна, що працює в напруженому режимі, є ознакою того, що порушені умови ефективної...
-
ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО - мера детонационной стойкости бензина и моторных масел. Во всем мире производится и потребляется огромное количество бензина - как...
-
Детонація моторного палива і октанове число Стукіт у циліндрах, який чути під час експлуатації автомобільного двигуна, що працює в напруженому режимі, є...
-
Сравнительный анализ формул, полученных для числа циклов и исходных объемов финансового и материального потоков технологической цепи хлебопродуктового...
-
Ізомеризація - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Цей процес застосовується для перетворення н-пентану і н-гексану в цінніші ізомери з розгалудженим ланцюгом. В якості каталізаторів, активних при...
-
Алкілування - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Другою технологічно важливою реакцією є алкілування алканів олефінами. Ізобутан при алкілуванні ізобутиленом дає ізооктан. Таким чином, цей цінний...
-
Детонація моторного палива і октанове число - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Стукіт у циліндрах, який чути під час експлуатації автомобільного двигуна, що працює в напруженому режимі, є ознакою того, що порушені умови ефективної...
-
Моделирование числа предприятий в РФ - Статистический анализ предпринимательства
Приведем данные (взяты из справочника Регионы России), характеризующие число предприятий в РФ. Год 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Число...
-
Следствия теоремы, Послесловие к доказательству - Об одной теореме теории чисел
Не существует ЦЕЛЫХ чисел, для которых выполняется равенство (1). При четных значениях показателя степени уравнение вида (1) идентично как для...
-
Доказательство теоремы - Об одной теореме теории чисел
Доказательство теоремы проводится отдельно для случая, когда (т. е. показатель степени в равенстве (2) - НЕЧЕТНОЕ число) и когда (т. е. показатель...
-
Общая схема исследования: 1. Составление среднего образца. 2. Извлечение пестицидов из пробы. 3. Очистка экстракта. 4. Анализ экстракта. Прием образцов в...
-
Закалочно-испарительный аппарат (Х-1) представляет собой теплообменник смешения. Поток пирогаза охлаждается водой, которая, испаряясь, забирает часть...
-
Выбор числа и мощностей силовых трансформаторов - Расчет электрической сети микрорайона в г. Иркутск
Выбрать число и мощность трансформаторов для схем электроснабжения района, представленных на рис. 1.4, рис. 1.6, рис.1.7 и рис. 1.8, с исходными данными...
Определение числа тарелок - Колонные аппараты