2.2.3 Расчёт высоты газожидкостного (барботажного) слоя жидкости
Высоту газожидкостного (барботажного) слоя находим по следующим формулам:
,
где
-критерий
Фруда (оптимальный);
-скорость
пара в свободном сечении (щелях) тарелки,
;
- высота газожидкостного (барботажного)
слоя,
.
Коэффициент
определяется по соотношению:
,
где
-
плотность орошения,
;
-динамический
коэффициент вязкости жидкости,
;
-поверхностное
натяжение,
.
Определим поверхностное натяжение для жидкости в верхней и нижней частях колонны при соответствующих температурах:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Поверхностное натяжение смеси жидкостей найдём по соотношению см. [5]:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Плотность орошения
(приведённая скорость жидкости)
рассчитывается по формуле см. [4]:
,
где
-расход
жидкости,
;
-площадь
поперечного сечения колонны,
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.4 Расчёт высоты светлого слоя жидкости
Высоту светлого слоя жидкости определим по формуле см. [4]:
,
где
-величина
газосодержания.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
2.2.5 Расчёт гидравлического сопротивления тарелки
Гидравлическое сопротивление тарелки определим по уравнению:
,
где
-гидравлическое
сопротивление тарелки,
;
-коэффициент
гидравлического сопротивления сухой
тарелки;
-безразмерный
коэффициент;
-доля
площади отверстий, занятая стекающей
жидкостью;
-поверхностное
натяжение,
;
-эквивалентный
диаметр щели (удвоенная величина ширины
щели),
.
,
где
-коэффициент
истечения жидкости.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
.
2.2.6 Расчёт брызгоуноса
Брызгоунос рассчитывается по формуле:
,
где
-высота
сепарационного пространства,
;
-рабочая
скорость пара,
;
-поправочный
коэффициент.
Высота сепарационного
пространства
определяется по соотношению:
,
где
-расстояние
между тарелками,
;
-высота
светлого слоя жидкости,
.
Поправочный
коэффициент
определяется по соотношению:
,
где
-поверхностное
натяжение,
.
Для расчёта примем
расстояние между тарелками
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Величина
следовательно, расстояние между тарелками
и диаметр колонны выбраны правильно.
2.3 Расчет высоты колонны
2.3.1 Определение коэффициентов массоотдачи
Для определения
коэффициентов диффузии в жидкости при
воспользуемся формулой:
,
где
-динамический
коэффициент вязкости жидкости,
;
и
-мольные
массы исходных веществ,
;
и
-мольные
объёмы растворённого вещества и
растворителя,
;
и
-коэффициенты,
зависящие от свойств растворённого
вещества и растворителя.
Для бензола:
Для толуола:
Вязкость жидкости найдём, зная её состав по теплофизическим свойствам:
Коэффициент диффузии при заданной температуре определим по формуле:
,
где
-коэффициент
диффузии бинарной смеси при
,
.
Коэффициент
может быть определён по эмпирической
формуле:
,
где
-
динамический коэффициент вязкости
жидкости,
;
-плотность
жидкости при
,
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициент
диффузии для пара
рассчитывают по приближённой формуле:
,
где
-средняя
температура пара,
;
-среднее
давление в колонне,
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массоотдачи для паровой фазы будем находить из соотношения:
,
где
-диффузионный
критерий Нуссельта;
-коэффициент
массоотдачи,
;
-коэффициент
диффузии,
;
-высота
светлого слоя жидкости,
.
Используя критериальное уравнение:
,
где
-диффузионный
критерий Рейнольдса;
-
диффузионный критерий Прандтля;
-
диффузионный критерий Вебера.
Здесь
-плотность
жидкости,
;
-поверхностное
натяжение,
;
-плотность
пара,
;
-коэффициент
диффузии паровой фазы,
;
-динамический
коэффициент вязкости пара,
;
-скорость
пара в щелях тарелки,
.
Вязкость пара определим по формуле:
,
где
-концентрация
в паре легколетучего компонента, мольная
доля;
-мольные
массы компонентов смеси и пара,
;
-динамические
коэффициенты вязкости компонентов
смеси и пара,
.
Динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси паров найдём по известным температурам и теплофизическим свойствам веществ:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массопередачи:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Для нахождения коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе воспользуемся уравнением:
,
где
-диффузионный
критерий Пекле;
-высота
газожидкостного (барботажного) слоя,
;
-коэффициент
диффузии для жидкой фазы,
;
-приведённая
плотность орошения,
.
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
