5. Расчет высоты насадки

Высоту насадки Н рассчитывают по модифицированному уравнению массопередачи:

 (5.1) где

- общее число единиц переноса по паровой фазе

- общая высота единицы переноса, м.

Общее число единиц переноса вычислим по формуле:

  (5.2) Решим этот интеграл методом графического интегрирования:

  (5.3) где

-площадь, ограниченная кривой, и , и осью абсцисс (рис. 5.1).

масштабы осей координат.

1,4	1,94	51,5
37,2	0,455	220
61,9	0,083	1205
71,3	0,035	2857
79,1	-0,126	0
91,2	-0,126	0
95,9	0,066	1515
98,0	0,057	1754

(1/y*-y)10^-2

y_w

y_F

y_D

y

Рис. 5.1Графическое определение чисел переноса

n_oyН = = 4,3 n_oyВ = = 2,1

Общую высоту единиц переноса h_oy находим по уравнению аддитивности:

  (5.4) где

и –частные производные единиц переноса соответственно в жидкой и паровой фазах;

– средний коэффициент распределения в условиях равновесия для соответствующей части колонны.

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

1. для верхней части колонны

2. для нижней части колонны

Высота единицы переноса в жидкой фазе равна:

  _(5.5) где

и – коэффициенты определяемые по графику [2, рис.6.6];

Pr_x = – критерий Прандля для жидкости;

– высота слоя насадки одной секции, которая из условия прочности опорной решётки и нижних слоёв насадки не должна превышать 3 м.

Высота единицы переноса в паровой фазе равна:

  (5.6) где

- коэффициент определяемый по графику;

–массовая плотность орошения, кг/(м^{2 ∙}с);

– диаметр колонны;

в мПа ∙с)

Для расчёта и необходимо определить вязкость и коэффициенты диффузии в жидкой D_x и паровой D_y фазах. Вязкость паров для верхней части колонны:

  (5.7) где и - вязкости паров бензола и толуола при средней температуре верхней части колонны; мПа∙с

y_В =(y_D + y_F)/2 – средняя концентрация паров. Подставив, получим:

y_В =(0,98 + 0,713)/2 = 0,847

= 0,00299 мПа с

Аналогичным расчётом для нижней части колонны находим

=0,00270 мПа с

Коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре t равен:

  (5.8) Коэффициенты диффузии в жидкости при 20^оС можно вычислить по приближённой формуле:

=   (5.9) где

– коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя,

- мольные объемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см³/моль.

- вязкость жидкости при 20^оС, мПа∙с.

Тогда коэффициенты диффузии в жидкости для верхней части колонны при 20^оС

Температурный коэффициент определим по формуле:

  (5.10) где принимают при 20^оС.

Отсюда

Аналогично находим для нижней части колонны

Коэффициент диффузии в паровой фазе определим по формуле:

 (5.11) где - средняя температура в соответствующей части колонны, К;

Р- абсолютное давление в колонне, Па.

Тогда

= = 4,97

= =5,24

Таким образом, для верхней части колонны получим:

 

Для нижней части колонны:

 

Общая высота единицы переноса по (5.4) составит:

h_0yB = 0,656

h_0yH =

Высота насадки:

Н_В = 4,3∙0,824 = 3,54м

Н_Н = 2,1∙0,554 = 1,16м

Общая высота насадки:

Н = 3,54+1,16= 4,7м

С учётом того, что высота слоя насадки в одной секции Z равна 3м, общее число секций в колонне составляет 2 (1 секция в верхней части и 1 - в нижней).

Общую высоту ректификационной колонны определим по уравнению