Расчет числа действительных тарелок графоаналитическим методом (построение кинетических кривых)

Определим вязкость жидкости (бензол и толуол) при температуре t=20⁰C в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.94, 2.95):

а) в верхней части колонны при ;:

б) в нижней части колонны:

Рассчитаем коэффициент диффузии в жидкости при температуре t=20⁰С в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.92,2.93):

а) в верхней части колонны при ;

б) в нижней части колонны:

Определим плотность жидкости (смеси) при t=20⁰C в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.46, 2.47):

а) в верхней части колонны:

при ;

б) в нижней части колонны:

при ;

Рассчитаем температурный коэффициент b для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.96, 2.97):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Рассчитаем коэффициент диффузии в жидкости при средней температуре в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.90, 2.91):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Определим коэффициент диффузии в паровой фазе при средней температуре в верхней и нижней частях колонны по формулам (2.98, 2.99):

а) в верхней части колонны при t_ср.в.=89⁰С:

б) в нижней части колонны при t_ср.н.=103⁰С:

Определим плотность орошения для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.100, 2.101): а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Определим удельный расход жидкости на 1 м ширины переливной перегородки для верхней и нижней частей колонны по формулам (2.88, 2.89):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Рассчитаем скорость пара в рабочем сечении тарелки по формуле (2.79):

Рассчитаем показатель степени в формуле расчета высоты светлого слоя жидкости по формуле:

Рассчитаем поверхностное натяжение воды при t_ср.в.=89⁰С и t_ср.н.=103⁰С интерполяцией с использованием справочной информации по поверхностному натяжению воды [11]:

— Поверхностное натяжение воды при t_ср.в.=89⁰С:

При t=80⁰С>у_в=62.6· 10^-3 Н/м; при t=100⁰С>у_в=58.9· 10^-3 Н/м.

— Поверхностное натяжение воды при t_ср.н.=103⁰С:

При t=100⁰С>у_в=58.9· 10^-3 Н/м; при t=120⁰С>у_в=54.9· 10^-3 Н/м.

Определим высоту светлого слоя жидкости для верхней и нижней частей колонны по формуле (2.87):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Критерий Фруда определим по формулам (2.83,2.84).

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Определим паросодержание барботажного слоя по формулам (2.85, 2.86):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Рассчитаем коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и паровой фаз по формулам (2.81, 2.82):

а) в верхней части колонны:

б) в нижней части колонны:

Осуществим пересчет коэффициента массоотдачи из в :

• а) в верхней части колонны:
• б) в нижней части колонны:

При х=0,05 в нижней части колонны коэффициент распределения m (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) равен 2,60.

По формуле (2.80) вычислим коэффициент массопередачи К_уf:

Определим число единиц переноса по формуле (2.78):

Рассчитаем локальную эффективность по пару по формуле (2.77):

Фактор массопередачи для нижней части колонны:

.

где:

Тогда:

Рассчитаем В по формуле (2.76):

Далее определим значение Е?_mу по формуле (2.75):

Определим Е?_mу по формуле (2.74):

Эффективность по Мэрфи находим по формуле (2.73), принимая e, равным 1:

По формуле (2.80) вычислим коэффициент массопередачи К_уf:

Определим число единиц переноса по формуле (2.78):

Рассчитаем локальную эффективность по пару по формуле (2.77).

Фактор массопередачи для верхней части колонны:

Рассчитаем В по формуле (2.76):

Далее определим Е?_mу по формуле (2.75):

Определим величину Е?_mу по формуле (2.74):

Эффективность по Мэрфи находим по формуле (2.73), принимая e, равным 1:

Интерполяцией определим Y*, необходимое для нахождения Y_вых. Для расчета используем данные табл. 3.1.

В верхней части колонны:

при х=0.60:

при х=0.75:

при х=0.90:

В нижней части колонны:

при х=0.05:

при х=0.15:

при х=0.30:

По уравнениям рабочих линий находим Y_вх:

В верхней части колонны:

При х=0.60>

При х=0.75>

При х=0.90>

В нижней части колонны:

При х=0.05>

При х=0.15>

При х=0.30>

Используя, ранее рассчитанные Y*, Y_вх и Е_my, определим Y_вых:

В верхней части колонны:

В нижней части колонны:

Результаты расчета параметров, необходимых для построения кинетической линии, приведены в табл. 3.4:

Таблица 3.4 Данные для построения кинетической линии

параметр	Нижняя часть.	Верхняя часть.
x.	0.05.	0.15.	0.30.	0.60.	0.75.	0.90.
m.	2.60.	1.87.	1.34.	0.82.	0.65.	0.51.
Kyf	0.09.	0.10.	0.11.	0.10.	0.10.	0.11.
noy	4.79.	5.32.	5.85.	5.11.	5.11.	5.62.
Ey	0.99.	0.99.	0.99.	0.99.	0.99.	0.99.
л.	1.83.	1.31.	0.94.	1.21.	0.96.	0.75.
В.	2.01.	1.44.	1.03.	1.32.	1.06.	0.83.
E''my	2.17.	1.75.	1.49.	1.67.	1.51.	1.38.
E'my	1.51.	1.40.	1.28.	1.37.	1.30.	1.23.
Emy	0.69.	0.67.	0.64.	0.42.	0.42.	0.41.
Y*.	0.11.	0.29.	0.51.	0.79.	0.88.	0.96.
Yвх	0.06.	0.21.	0.43.	0.72.	0.82.	0.92.
Yвых	0.09.	0.26.	0.48.	0.75.	0.85.	0.94.

Используя данные табл. 3.4, наносим на диаграмму равновесия между паром и жидкостью в системе бензол-толуол при флегмовом числе R=2.12 точки, по которым проводим кинетическую линию (см. рис. 3.23).

Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями определим число действительных тарелок для верхней (укрепляющей) и нижней (исчерпывающей) частей колонны.

Общее число действительных тарелок: