4. Определение высоты колонны

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

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

- коэффициент диффузии паров компонента А в парах компонента В, рассчитывается по формуле:

,

Где Т-температура, К; - мольные массы пара компонентов А и В; - мольные объемы компонентов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара [2 c.288].

критерий Рейнольдса для паровой фазы

Где динамический коэффициент вязкости пара, Па·с

,

Где , - мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль;

- соответствующие им динамические коэффициенты вязкости;

- объемные доли компонентов в паровой смеси.

Коэффициент динамической вязкости смеси паров ацетона и воды :

А) в верхней части колонны при температуре 81°С , 0.0093 [Приложение Б2].

Б) в нижней части колонны при температуре 98°С , 0.0123 [Приложение Б2].

Коэффициент диффузии паров ацетона в парах воды:

А) в верхней части колонны

=17,4 ²

Б) в нижней части колонны

=18,9 ²

Критерий Рейнольдса для паровой фазы:

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе:

А) в верхней части колонны

кмоль/(м²·с)

Б) в нижней части колонны

кмоль/(м²·с)

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Где коэффициент диффузии в жидкости, м²·с; средняя мольная масса жидкости в колонне, кг/кмоль

диффузионный критерий Прандтля

Коэффициент диффузии пара в жидкости (при соответствующей температуре) связан с коэффициентом диффузии следующей приближенной зависимостью:

Где температурный коэффициент. Определяется по формуле:

Где динамический коэффициент вязкости жидкости при 20°С, мПа·с; ρ – плотность жидкости, кг/м³

Коэффициент диффузии в жидкости при 20°С можно вычислить по приближенной формуле:

Где динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с; мольные объемы компонентов А и В; мольные массы компонентов А и В, кг/кмоль; А,В – коэффициенты, зависящие от свойств низкокипящего и высококипящего компонентов.

Динамический коэффициент вязкости жидкости:

Где коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2 с.516].

Коэффициент динамической вязкости жидкости при температуре 20°С равен:

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны

Коэффициент диффузии ацетона в воде при температуре 20°С:

А) для верхней части колонны

м²/с

Б) для нижней части колонны

м²/с

Расчет коэффициента b

А) в верхней части колонны

Б) в нижней части колонны

Коэффициент диффузии ацетона в воде при средней температуре:

А) в верхней части колонны

м²/с

Б) в нижней части колонны

м²/с

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

А)в верхней части колонны при t=59.5°C

Б) в нижней части колонны при t=63°C

Критерий Прандтля:

А) для верхней части колонны

Б) для нижней части колонны

Средняя мольная масса жидкости в колонне:

А) для верхней части колонны

Б) для нижней части колонны

Определяем коэффициенты массоотдачи:

А) для верхней части колонны

кмоль/м²·с

Б) для нижней части колонны

кмоль/м²·с

Число реальных тарелок находим путём построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от х_d до х_w. Получаем 11 тарелок (из которых 9 в верхней части колонны, 2- в нижней), которые обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь должна подаваться на 9 тарелку сверху.

Высота тарельчатой части колонны

H= =

где h=расстояние между тарелками, h=450 мм.

Общая высота колонны:

Н=Н_т+h_сеп+h_куб,

Где h_сеп – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны (высота сепарационного пространства), принимаем 1м; h_куб – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны (высота кубовой части), принимаем 2м.

Н=4.5+1+2=7.5 м