3.2. Объемные расходы пара и жидкости

Расчет объемных расходов пара и жидкости проводится для тарельчатых и насадочных колонн в следующей последовательности:

3.2.1. Средний молярный состав жидкости для верхней и нижней части колонны

, (3.11)

3.2.2. Средние концентрации пара для верхней и нижней части колонны определяем из уравнений рабочих линий

(3.12а)

(3.12б)

3.2.3.По диаграмме t – х,у – находим средние температуры пара для верхней и нижней части колонны и при и .

3.2.4. Средние мольные массы и плотность пара для верхней и нижней части колонны

(3.13)

(3.14)

(3.15)

(3.16)

3.2.5.Объемный расход пара в верхней части колонны

(3.17)

и в нижней ее части

(3.18)

3.2.6. Молярный состав жидкости для верхней и нижней части колонны

(3.19)

(3.20)

3.2.7. Определяем средние температуры жидкости по диаграмме t-х,у для верхней и нижней части колонны

для и для

3.2.8. Средняя плотность жидкости в верхней и нижней части колонны

(3.21а)

(3.21б)

Плотность ρ_А и ρ_В находят по справочным данным при и , а средние массовые концентрации рассчитываются по формулам

3.2.9. Объемный расход жидкости для верхней и нижней части колонны

(3.22)

(3.23)

Мольная масса остатка, дистиллята

М_W = x_W М_А+М_В(1-x_W) , (3.24а)

М_Р = x_Р М_А+М_В(1-x_Р) (3.24б)

Мольная масса исходной смеси

М_F = x_F М_А+М_В(1-x_F) (3.25)

3.3. Скорость пара и диаметр насадочных ректификационных колонн

Диаметр колонн вычисляют в зависимости от объемного расхода и скорости поднимающихся паров для верхней и нижней части колонны

(3.26)

Методика определения скорости пара зависит от типа колонн (насадочных, тарельчатых) и режима работы насадочных колонн и рассчитывается по эмпирическим формулам.

3.3.1.Скорость пара в насадочных колоннах, работающих в режиме эмульгирования.

Оптимальную скорость пара, соответствующую началу эмульгирования, находят по уравнению, полученному на основе анализа и обобщения результатов многих исследований

(3.27)

где ω_п – оптимальная скорость паров, отнесенная к полному сечению колонны, м/с;

μ_ж – динамическая вязкость жидкости, мПа·с;

L, G – расход жидкости, пара, кг/с;

А = - 0,125 – постоянная для парожидкостных смесей.

Скорость пара изменяется по высоте колонны, поэтому рассчитывается оптимальная скорость для верхней и нижней части колонны, а в уравнение подставляются значения физических величин вначале для верхней, а потом для нижней части колонны.

Плотность ρ_ж вычисляется как средняя плотность жидкости (смеси) в верху и в низу колонны при t_ср.в. и t_ср.н.

Динамический коэффициент вязкости жидкости μ_ж для верхней и нижней части колонны определяется по уравнениям:

(3.28)

(3.29)

где – мольное содержание НК в верхней (нижней) части колонны;

μ_А, μ_В – вязкость компонентов А и В при средней температуре жидкости для верхней и нижней части колонны, спз.

3.3.2. Скорость пара в насадочных колонных, работающих при оптимальном гидродинамическом режиме (режим начала подвисания).

Скорость пара можно рассчитать для верхней и нижней части колонны из критерия Рейнольдса, входящего в уравнение

(3.30)

где критерий Рейнольдса

откуда

(3.31)

критерий Архимеда

(3.32)

где - эквивалентный диаметр насадки.

Значение величин, входящих в уравнения, подставлять соответственно для верхней и нижней части колонн. Вязкость пара для верхней и нижней части колонны вычисляется по уравнению

(3.33)

где М_А, М_В – молекулярные массы компонентов;

y_А, y_В – мольные доли компонентов;

μ_А, μ_В – вязкость компонентов при средней температуре, Па·с.

3.3.3.Скорость пара в насадочных колоннах, работающих в пленочном режиме.

При работе насадочной колонны в пленочном режиме скорость в соответствии с рекомендациями, указанными в литературе, принимается равной ω_пл ≤ 0,45 ω_n,

где ω_n – оптимальная скорость паров, определяемая по уравнению, приведенному выше в режиме эмульгирования.