Определим высоту колонны

 

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

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе рассчитывают по формуле:

 

где - коэффициент диффузии паров в метиловом спирте, рассчитывается по формуле:

 

 

- критерий Рейнольдса для паровой фазы

 

,

 

где - коэффициент динамической вязкости смеси метилового и этилового спиртов при средней температуре.

Вязкость рассчитывают по формулам:

 

,

 

где - мольные массы пара и отдельных компонентов, кг/кмоль; μ_ср.п ,μ_А, μ_В – соответствующие им динамические коэффициенты вязкости:

в верхней части колоны при температуре t=71,4⁰С

μ_Ап= 0,010946 мПа·с, μ_Вп= 0,010047 мПа·с

в нижней части колонны при t=76,8⁰С

μ_Ап= 0,01112 мПа·с, μ_Вп= 0,01022 мПа·с;

y_А, y_В – объемные доли компонентов в паровой смеси.

Тогда:

Рассчитываем коэффициент диффузии паров по формуле:

 

 

Критерий Рейнольдса для паровой фазы:

Рассчитав все эти величины, определим и коэффициент массоотдачи в паровой в верхней и нижней частях колонны фазе по уравнениям:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

 

 

гдеD_ж- коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте, м/с²; М_ж.ср.- средняя мольная масса жидкости в колоне, кг/кмоль

 

 

Pr^/ _ж- диффузионный критерий Прандля

 

 

Коэффициент диффузии пара в жидкости D_t связан с коэффициентом диффузии D₂₀ следующей приближенной зависимостью:

 

 

где b- температурный коэффициент. Определяется по формуле:

 

 

где μ_ж- динамический коэффициент вязкости жидкости при 20⁰С, мПа·с; ρ- плотность жидкости, кг/м³.

Коэффициент диффузии в жидкости при 20⁰С можно определять по формуле:

 

где μ_ж- динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с; ν_А, ν_В- мольные объемы компонентов А и В;А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя; М_А, М_В- мольные массы растворенного вещества и растворителя.

Динамический коэффициент вязкости жидкости:

 

 

где μ_А, μ_В- коэффициенты динамической вязкости компонентов А и В при соответствующей температуре [2, c.516].

Коэффициент динамической вязкости жидкости для верхней и нижней части колонны при температуре 20⁰С равен:

Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при 20⁰С для верхней и нижней чисти колонны:

Расчет коэффициента b.Для верхней и нижней части колонны:

Коэффициент диффузии метилового спирта в жидком этиловом спирте при средней температуре для верхней и нижней части колонны:

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

при 70⁰С: μ_А=0,321 мПа·с; μ_В=0,625 мПа·с

при 76,6⁰С: μ_А=0,321 мПа·с; μ_В=0,56 мПа·с

Критерий Прандля для верхней и нижней части колонны:

Средняя мольная масса жидкости в верхней и нижней части колонны:

Рассчитав все величины, определяем коэффициент массоотдачи в жидкой фазе по уравнению:

Коэффициенты массопередачи определяем по уравнению:

 

 

где m – тангенс угла наклона линии равновесия на рабочем участке.

Для определения угла наклона разбиваем ось х на участки и для каждого из них находим среднее значение тангенса как отношение разности ординат (у^*-у) к разности абсцисс (х-х^*), т.е.

 

 

Подставляем найденные значения коэффициентов массоотдачи β_п и β_ж и тангенсов углов линии равновесия в уравнение, находим величину коэффициента массопередачи для каждого значения х в пределах от 0,07 до 0,95.

Полученные данные используем для определения числа единиц переноса n_у в паровой фазе:

 

 

где φ – отношение рабочей площади к свободному сечению колонны, равному 0,8.

Допуская полное перемешивание жидкости на тарелке имеем:

 

 

где η=АВ/АС – КПД тарелки.

Результаты всех расчетов сводим в таблицу 3.1

 

Таблица – Параметры, необходимые для построения кинетической кривой.

х		0,1		0,3	0,4	0,6	0,8
tgα=m	1	1,9	1,1	2,0	1,24	0,99	0,51	0,06
Ky	0,037	0,026	0,025	0,021	0,026	0,028	0,033	0,041
ny	0,65	0,46	0,43	0,36	0,44	0,48	0,57	0,7
η	0,48	0,38	0,35	0,3	0,36	0,38	0,44	0,5
АВ, мм	3,4	1,5	1	3,5	4,3	6,8	4,2	1,1
АС, мм	7	2	8	14	10	19	19,9	14,1

 

Построение кинетической кривой.

Между кривой равновесия и линиями рабочих концентраций в соответствии с табличными значениями х проводим ряд прямых, параллельных оси ординат (Приложение В1).

Измеряем полученные отрезки А₁В₁, А₂В₂ и т. д. Определяем велечину отрезков А₁В₁, А₂В₂ и т. д. Через найденные для каждого значения х точки В₁, В₂ проводим кинетическую кривую, отображающую степень приближений фаз на тарелках равновесию.

Число реальных тарелок n_Д находим путем построения ступенчатой линии между кинетической кривой и рабочими линиями в пределах от 0,07 до 0,95. получаем 46 тарелки, (из которых – 33 в верхней части колонны, 13 – в нижней), которые и обеспечивают разделение смеси в заданных пределах изменения концентраций. Исходная смесь должна подаваться на 33 тарелку сверху.

Высота тарельчатой колонны:

 

Общая высота колонны:

 

 

где h_сеп – расстояние между верхней тарелкой и крышкой колонны,(высота сепаратного пространства), принимаем 1м; h_куб – расстояние между нижней тарелкой и днищем колонны, (высота кубовой части), принимаем 2,5м [3, приложение Б6].