2.3.2. Высота колонны

Как показано выше [9], число действительных тарелок в колонне может быть определено графоаналитическим методом (построением кинетической линии). Для этого необходимо рассчитать общую эффективность массопередачи на тарелке (КПД по Мэрфри). Эффективность тарелки по Мэрфри с учетом продольного перемешивания, межтарельчатого уноса и доли байпасирующей жидкости приближенно определяется следующими уравнениями [14]:

(2.30)

где – фактор массопередачи для укрепляющей части колонны; – фактор массопередачи для исчерпывающей части колонны; – локальная эффективность по пару; е – межтарельчатый унос жидкости, кг жидкости / кг пара; – доля байпасирующей жидкости; S – число ячеек полного перемешивания; т – коэффициент распределения компонента по фазам в условиях равновесия.

Локальная эффективность связана с общим числом единиц переноса по паровой фазе на тарелке следующим соотношением:

(2.34)

где

(2.35)

Здесь – в кмоль/(м² с) ; – средняя мольная масса паров, кг/кмоль.

В настоящее время нет достаточно надежных данных для определения поверхности контакта фаз, особенно эффективной поверхности массопередачи при барботаже на тарелках. Поэтому обычно в расчетах тарельчатых колонн используют коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки ( ). Коэффициент определяют по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

(2.36)

где β_хf и β_yf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и паровой фаз, кмоль/(м² с).

В литературе приводится ряд зависимостей для определения коэффициентов массоотдачи на тарелках различных конструкций. Однако большинство их получено путем обобщения экспериментальных данных по абсорбции и десорбции газов и испарению жидкостей в газовый поток. В ряде работ показано, что с достаточной степенью приближения эти данные можно использовать для определения коэффициентов массоотдачи процессов ректификации бинарных систем, для которых мольные теплоты испарения компонентов приблизительно равны. В частности, для тарелок барботажного типа рекомендуются [15] обобщенные критериальные уравнения типа (1.39), которые приводятся к удобному для расчетов виду:

(2.37)

(2.38)

По этим уравнениям получают удовлетворительные результаты для расчета нейтральных и положительных бинарных смесей. Для отрицательных смесей необходимо учитывать поверхностную конвекцию. Анализ результатов расчетов показал, что коэффициенты массоотдачи для колпачковых тарелок, определяемые по уравнениям (2.37) и (2.38), оказываются завышенными. Это объясняется тем, что величина рассчитываемая по уравнению (1.58), включает полный запас жидкости на тарелке, значительная доля которой не участвует в образовании поверхности контакта фаз, в то время как в уравнениях (2.37) и (2.38) отражает влияние этой поверхности на коэффициенты массоотдачи.