2.2.4. Коэффициенты массопередачи и высота колонны
Рассчитав коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой Dx и паровой Dy фазах (см. разд. 2.1.3), вычисляем коэффициенты массоотдачи.
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/(м2·с):
для верхней части колонны
; ;
для нижней части 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 xw до хр. Ниже дан пример расчета для определения координат одной точки кинетической линии.
Пусть х = 0,6. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) т = 0,77.
Коэффициент массопередачи вычисляем по коэффициентам массоотдачи в верхней части колонны:
.
Общее число единиц переноса на тарелку находим по уравнению (2.33):
Локальная эффективность по уравнению (2.34) равна
Для определения эффективности по Мэрфри необходимо рассчитать также фактор массопередачи , долю байпасирующей жидкости , число ячеек полного перемешивания S и межтарельчатый унос е.
Фактор массопередачи для верхней части колонны:
Долю байпасирующей жидкости для различных конструкций тарелок можно найти в монографии [5]. Для ситчатых тарелок при факторе скорости F = wt= 1,5 принимают равной 0,1.
Число ячеек полного перемешивания S для ситчатых тарелок в колоннах диаметром до 600 мм можно рассчитать по уравнению [11]:
(2.40)
где – критерий Рейнольдса для пара в отверстиях тарелки; – критерий Рейнольдса для жидкости.
Значения коэффициентов и показателей степеней в уравнении (2.40) приведены ниже:
Гидродинамический режим А m n p q
Пузырьковый 52,6 -0,36 0,26 -0,35 0,20
Пенный 45,4 -0,52 0,60 -0,5 0,28
Инжекционный 38,5 -0,65 0,16 -0,2 0,08
Для колонн диаметром более 600 мм с ситчатыми, колпачковыми и клапанными тарелками 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 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 S = 1,46/0,354.
Для провальных тарелок можно принять S = 1.
Унос жидкости для тарелок различных конструкций можно найти по закономерностям, приведенным в разделе 1.3.6.
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 рисунке 2.7 [5] . По этим данным унос на тарелках различных конструкций является функцией комплекса .
Коэффициент т, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:
(2.41)
откуда
Высота сепарационного пространства Нс равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью тарелки, расположенной выше:
(2.42)
где Н – межтарельчатое расстояние, м; – высота барботажного слоя (пены), м.
Рис. 2.7. Зависимость относительного уноса жидкости е от комплекса wT/(mHc) для тарелок различных конструкций: 1 – колпачковой; 2 – ситчатой; 3 – провальной решетчатой; 4 – клапанной балластной
В соответствии с каталогом [10] для колонны диаметром 1800 мм расстояние Н = 0,5 м. Высота сепарационного пространства в нижней части колонны меньше, чем в верхней, поэтому определим для низа колонны:
.
Тогда:
При таком значении комплекса унос е = 0,12 кг/кг. Унос жидкости в верхней части колонны мало отличается от уноса в нижней части и в нашем примере е = 0,11 кг/кг.
Подставляя в уравнения (2.30)–(2.33) вычисленные значения т, Еу,S и е, определяем КПД по Мэрфри ЕМу:
Зная эффективность по Мэрфри, можно определить концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из тарелки уK по соотношению
(2.43)
где и – концентрация соответственно легколетучего компонента в паре на входе в тарелку и равновесная с жидкостью на тарелке.
Отсюда:
Аналогичным образом подсчитаны уK для других составов жидкости. Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены ниже:
Параметр Нижняя часть колонны Верхняя часть колонны
X 0,05 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90
m 2,25 1,73 1,30 0,90 0,77 0,60 0,47
0,039 0,041 0,043 0,034 0,033 0,036 0,036
1,314 1,384 1,449 1,097 1,110 1,159 1,185
0,732 0,750 0,765 0,667 0,670 0,686 0,694
B 1,20 0,96 0,74 1,0 0,89 0,74 0,62
1,13 1,07 0,98 0,97 0,93 0,90 0,87
0,95 0,92 0,90 0,84 0,83 0,83 0,81
0,88 0,85 0,83 0,72 0,71 0,71 0,70
0,11 0,28 0,49 0,66 0,77 0,86 0,95
Взяв отсюда значения х и уK наносят на диаграмму х-у точки, по которым проводят кинетическую линию (рис. 2.8). Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах концентраций от до определяют число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) части NB и в интервалах от до – число действительных тарелок для нижней (исчерпывающей) части колонны NH. Общее число действительных тарелок:
Высоту тарельчатой ректификационной колонны определим по формуле
(2.44)
где h – расстояние между тарелками, м; – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м. Выбор значений и см. в разделах 1.1.7 и 2.1.3.
Рис. 2.8. Определение числа действительных тарелок: 1 – линия равновесия; 2 – кинетическая линия; 3 – рабочие линии
Подставив, получим:
м.
Yandex.RTB R-A-252273-3- О. С. Ломова расчет массообменных установок нефтехимической промышленности
- Часть 1
- Рецензенты: е.О. Захарова, к.Т.Н., доцент ОмГпу, зав. Кафедрой «Технологии и методики преподавания технологии»;
- Оглавление
- Глава 1. Расчет абсорбционной установки 6
- Глава 2. Расчет ректификационной установки 34
- Глава 3. Расчет экстракционной установки 61
- Введение
- Глава I. Расчет абсорбционной установки
- 1.1. Процесс абсорбции
- Задание на проектирование
- Основные условные обозначения
- Индексы
- 1.2. Пример расчета насадочного абсорбера
- 1.2.1. Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя
- 1.2.2. Движущая сила массопередачи
- 1.2.3. Коэффициент массопередачи
- 1.2.4. Скорость газа и диаметр абсорбера
- 1.2.5. Плотность орошения и активная поверхность насадки
- 1.2.6. Расчет коэффициентов массоотдачи
- 1.2.7. Поверхность массопередачи и высота абсорбера
- 1.2.8. Гидравлическое сопротивление абсорберов
- 1.3. Расчет тарельчатого абсорбера
- Сравнительная характеристика тарелок
- 1.3.1. Скорость газа и диаметр абсорбера
- 1.3.2. Коэффициент массопередачи
- 1.3.3. Высота светлого слоя жидкости
- 1.3.4. Коэффициент массоотдачи
- 1.3.5. Число тарелок абсорбера, выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера
- 1.3.6. Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера
- 1.4. Сравнение данных расчета насадочного и тарельчатого абсорберов
- Список используемой литературы
- Глава 2. Расчет ректификационной установки
- 2.1. Процесс ректификации
- Задание на проектирование
- Основные условные обозначения
- Индексы
- 2.2. Расчёт насадочной ректификационной колонны непрерывного действия
- 2.2.1. Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
- 2.2.2. Скорость газа и диаметр колонны
- 2.2.3. Высота насадки
- 2.2.4. Гидравлическое сопротивление насадки
- 2.3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия
- 2.3.1. Скорость пара и диаметр колонны
- 2.3.2. Высота колонны
- 2.3.3. Высота светлого слоя жидкости на тарелке и паросодержание барбатажного слоя
- 2.2.4. Коэффициенты массопередачи и высота колонны
- 2.3.5. Гидравлическое сопротивление тарелок колонны
- Список используемой литературы
- Глава 3. Расчет экстракционной установки
- 3.1. Процесс экстракции
- 3.2. Расчет экстракционных аппаратов Основные условные обозначения
- Индексы
- 3.2.1. Скорость осаждения капель
- 3.2.2. Скорости захлебывания в противоточных экстракционных колоннах
- 3.2.3. Удерживающая способность
- 3.2.4. Размер капель
- 3.2.5. Массопередача в экстракционных аппаратах
- 3.2.6. Размер отстойных зон
- 3.3. Пример расчета распылительной колонны Задание на проектирование
- 3.4. Пример расчета роторно-дискового экстрактора
- Приложения
- Федеральное агентство по образованию
- Курсовой проект
- Пояснительная записка