Вся теория (1094484), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Коэффициент массопередачи рассчитывают с учетом известных коэф­фициентов массоотдачи в паровой и жидкой фазах по уравнению аддитивности.

где т — тангенс угла наклона равновесной линии для участка одной тарелки (участки кривой равновесных составов для одной тарелки спрямляются).Таким образом, положение кинетической линии можно найти,определив K_Yf для ряда проведенных линий АВ между рабочейи равновесной зависимостями, вычислив значение е^ту и величины СВ.

Эффективность тарелки по Мерфри представляет собой отношение действительного изменения концентраций в газовой (паровой) фазе к предельно возможному. Предельно возможное изменение концен­траций будет в том случае, если пар, уходящий с тарелки, находится в равновесии с жидкостью, уходящей с тарелки.

Если на тарелке имеет место градиент концентраций жидкости по ходу ее движения, то газ (пар) непосредственно над жидкостью в различных точках тарелки будет разного состава.

вследствие высокой турбулизации газового (парового) потока газ (пар), подходя к следующей тарелке, практически пол­ностью перемешан; его концентрация под тарелкой постоянна по сечению колонны:

где у_Т — концентрация пара в какой-либо точке тарелки непосред­ственно над жидкостью состава х_т; у_рт — концентрация пара, равновесного с жидкостью состава х_т.

Очевидно, что в случае полного перемешивания жидкости у_т = = у_K, х_т = х_к, , а . При неполном перемешивании не равно Существуют две модели процесса, происходящего на тарелке; секционная и диффузионная. При помощи этих моделей можно перейти от коэффициента массопередачи, или j, к j_м.

В секционной модели предполагается, что тарелка по ходу дви­жения жидкости делится на ряд секций, причем в каждой секции осуществляется полное перемешивание жидкости, между секциями перемешивания нет.

Участок х'_н — х_к состоит из ряда секций, например I, II, III, IV. На основе этой модели устанавливается зависимость между коэффициентом массопередачи, или j , и j_м, по которой при извест­ном числе секций можно найти j_м. При числе секций, равном еди­нице, на тарелке происходит полное перемешивание жидкости.

В диффузионной модели вводится понятие коэффициента переме­шивания. Выражение, в состав которого входит скорость движения жидкости на тарелке w_L и высота статического слоя жидкости на тарелке hст (по одной методике) или длина пути жидкости (по другой методике), а также значение коэффициента перемешивания, характе­ризует степень перемешивания жидкости на тарелке. Увеличение этого выражения (комплекса)

свидетельствует об уменьшении степени перемешивания жидкости на тарелке.

На основе этой модели, кроме того, рекомендуется уравнение связи коэффициента массопередачи, или l с j_ы Зная и К_Х\ или K_Yf можно найти предварительно рассчитав D.

Величины j_м для ряда тарелок позволяют найти положение на графике кинетической кривой с учетом степени перемешивания жидкости и определить число тарелок колонны.

23. порядок расчета ректификационной тарельчатой колонны.

Основными величинами, определяемыми на основе расчета тарель­чатых колонн, являются расстояние между тарелками, диаметр колонны и число тарелок.

Принимая во внимание, что обычно известны состав разделяемой смеси и условия разделения, выбирают тип тарелки, наиболее под­ходящий к рабочим условиям процесса, и межтарельчатое расстоя­ние. Зная эти величины, можно определить предельно допустимую скорость, при которой наступает резкий унос жидкости на выше расположенную тарелку (это явление граничит с явлением захлебывания насадочной колонны). Для ситчатых тарелок, например, можно исполь­зовать уравнение Киршбаума:

(13,11)

Скорость газа (пара) в свободном сечении колонны принимается равной 0,8—0,9 w_np.

На основе известной величины w_G проверяют правильность выбора межтарельчатого расстояния h_T .

минимальное расстояние между тарел­ками, или необходимый гидравлический затвор, определяется соот­ношением

(13-13)

где — высота столба жидкости в сливном патрубке, обеспечива­ющая заданную скорость стекания жидкости, в

м; h₃ — высота столба жидкости в сливном пат­рубка, служащем гидравличес­ким затвором, в м; h₀ — рас­стояние от тарелки до нижнего обреза сливного патрубка в м.

Работа колонны с колпачковыми тарелками в значительной мере аналогична работе колонны с ситчатыми тарелками. Колпачковая тарелка имеет газовые или паровые патрубки, накрытые колпачками.Нижний обрез колпачков имеет прорези в форме треугольников,окружностей и т. д. (рис. 13-23, о).

Взаимодействующий с жидкостью газ (пар) проходит с располо­женной ниже тарелки на расположенную выше через патрубки и распределяется в жидкости через прорези колпачков. Жидкость стекает навстречу газу (пару), перемещаясь с тарелки на тарелку через сливные устройства.

При большом диаметре колонн часто применяют вместо круглых колпачков прямоугольные, называемые обычно туннельными или желобчатыми и др.

Гидродинамические соотношения, характеризующие работу ко­лонн с колпачковыми тарелками, мало отличаются от соотношений для колонн с ситчатыми тарелками. Гидравлическое сопротивление колпачковои тарелни, определяющее минимальное расстояние между тарелками, может быть найдено из равенства

(13-22)

где р_к — потери давления газового (парового) потока при проходе через колпачок в кгс/м²; р_ир — потери давления при проходе газа (пара) через прорези в кгс/м²; р_ж — перепад давления, необходимый для преодоления сопротивления столба жид­кости на тарелке, в кгс/м². Сопротивление колпачка р_к с достаточной точностью можно определить, суммируя потери давления при преодолении местных сопротивлений, обусловленных сужением газовой струи и ее пово­ротами внутри колпачка.

Для обеспечения минимальных гидравлических сопротивлений обычно диаметры и высоту колпачков и паропроводных патрубков выбирают по принципу равных скоростей во всех сечениях, чему соответствует

(13.23)

где dп — диаметр патрубка в м; d_K — диаметр колпачка в ж; h_K — высота расположения колпачка над патрубком в м.

Таким образом, сопротивление колпачка может быть вычислено по формуле

где w_n — скорость газа (пара) в патрубке в м/сек; £ — сумма всех сопротивлений. Сопротивление прорезей можно найти по уравнению

где = l,5 — коэффициент местного сопротивления при проходе газа через прорезь; w_np — скорость газа (пара) в прорези в м/сек; р_а — сопротивление, обусловленное силами поверх­ностного натяжения. В данном случае

(13-26)

где d_r — гидравлический диаметр открытого отверстия прорези. Сопротивление прорезей обусловлено степенью их открывания во время барботажа. Эта зависимость выражается равенством

(13-27)

где I — высота открытия прорези.

Для определения диаметра колонны надо знать поток газа (пара) по колонне и скорость газа (пара) в свободном сечении колонны w_G При проведении про­цесса ректификации из материального баланса находят величину G_p

Количество пропускаемого пара через колонну равно G_p* (R +1). При известных значениях w_G и количества газа (пара), - пропуска­емого в колонне, диаметр колонны определяется из уравнения расхода:

где — линейная скорость газа (пара) в свободном сечении ко­лонны в м/сек²; G — количество пропускаемого газа (пара) в кг/ч; p_G — плотность газа (пара) в кг/м³.

Чтобы определить число тарелок колонны, рассмотрим предвари­тельно принцип работы тарелки. В отличие от насадочного аппарата, схема работы которого близка к модели полного вытеснения пара и жидкости, на тарелке наблюдается перекрестный ход тока газа (пара) к потоку жидкости

С верхней тарелки жидкость приходит концентрацией х_н, про­текает по тарелке и за счет массообмена с паром уходит с тарелки, имея концентрацию х_к, отличающуюся от х_н. Газ (пар) приходит с ниже расположенной тарелки при концентрации у_н и уходит с та­релки при концентрации у_к

Схема изменения концентрации жидкости в координатах l-x (где I — длина пути жидкости на тарелке) представлена на рис. 13-24. Концентрация жидкости х_н меняется скачком до концентрации (смешение двух жидкостей с различными концентрациями легко­летучего), и далее плавно от х'_а меняется до х_к. Если бы на тарелке вследствие барботажа пара происходило полное перемешивание жидкости, то концентрация жидкости на всем участке оставалась постоянной и равной х_к. Исключая отдельные частные случаи, можно принять с небольшой ошибкой, что на тарелке происходит полное перемешивание жидкости, ее концентрация по всей длине тарелок равных х_к. газ(пар) вдоль зоны контакта фаз(по высоте

Рис. 13-24. Схема распределения Рис. 13-25. Схема работы тарелок

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)