Расчет процесса ректификации двукратной колонны для получения газообразного кислорода, страница 3

Для газов за стандартное всегда принимают такое состояние, в котором летучесть равна единице, вследствие чего активность численно равна летучести, т. е. .

Для жидкостей стандартные состояния конденсированной и паровой фаз должны согласовываться. В качестве определяющего фактора обычно используют давление насыщенного пара, при котором летучесть паровой фазы и летучесть жидкой фазы равны, т. е. .

Стандартное состояние определяют как состояние чистого вещества при температуре и давлении системы, тогда

,

где v^L – молярный объем жидкости; R – газовая постоянная;  – коэффициент Пойнтинга, который при умеренном давлении, как правило, немного отклоняется от единицы.

Тогда летучесть для жидкой фазы , а константа фазового равновесия для реальных систем пар–жидкость

.

Коэффициент активности для i-го компонента многокомпонентной смеси при определенных допущениях может быть определен по уравнению Скэтчарда–Гильденбранда :

,

где  – параметр растворимости компонента;  – средневзвешенная растворимость смеси,

.

Еще более точные значения константы фазового равновесия могут быть получены по экспериментальным данным фазового равновесия бинарных и многокомпонентных систем.

Тепловые балансы верхней и нижней колонны.

1.Принимаем , что х_D=97% N₂ , х_R=67% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

 энтальпии жидкого кислорода и азота при давлении нижней колонны.

Тепловой баланс нижней колонны:

2. Принимаем , что х_D=97% N₂ , х_R=68% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

Тепловой баланс нижней колонны:

3. Принимаем , что х_D=97% N₂ , х_R=69% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

Тепловой баланс нижней колонны:

4.Принимаем , что х_D=98% N₂ , х_R=67% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

 энтальпии жидкого кислорода и азота при давлении нижней колонны.

Тепловой баланс нижней колонны:

5. Принимаем , что х_D=98% N₂ , х_R=68% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

Тепловой баланс нижней колонны:

6. Принимаем , что х_D=98% N₂ , х_R=69% N₂.

Здесь    ,  а , тогда

     

 

Тепловой баланс нижней колонны:

Тепловой баланс верхней колонны:

Теплота конденсации, подводимая к кислороду, для верхней и нижней колонны совпадают.

Сводные таблицы результатов расчета.

XR / XD	D	R
97/67	0,404	0,596
98/67	0,39	0,61
97/69	0,383	0,617
98/68	0,37	0,63
97/69	0,361	0,639
98/69	0,348	0,652

Qk	XD=97% N2	XD=98% N2
XR= 67% N2	168,96	167,68
XR=68% N2	168,81	167,5
XR=69% N2	168,62	167,35

Гидродинамика.

Гидродинамическая обстановка на орошаемых регулярных насадках может характеризоваться несколькими режимами:

-  «пленочным», при котором движение пленки жидкости близко к ламинарному и трение на границе раздела фаз мало;

-  «подвисания», при котором наблюдается быстрый рост гидравлического сопротивления и происходит торможение стекающей пленки жидкости встречным потоком пара;

-  «захлебывания», когда сила трения пара на границе с жидкостью уравновешивает ее вес и наблюдается постепенное затопление насадки.

Режим «захлебывания» в колоннах с регулярной насадкой является неустойчивым, для определения его наступления необходимо рассчитать  максимально допустимую скорость пара:

 ,           (6.31)

где g = 9,81 м/с²; ε – доля свободного объема, м³/м³;  η_x – динамическая вязкость жидкости Па·с; F – удельная поверхность контакта, м²/м³;  ρ_x, ρ_y – плотность жидкости и пара соответственно, кг/м³; L, G – удельные нагрузки по жидкости и пару, кг/(м²·с); A и B – постоянные эмпирические коэффициенты (прил. 6).

Для расчета гидравлического сопротивления орошаемых регулярных насадок в условиях пленочного течения жидкости при небольших нагрузках по пару предложена зависимость

                              ,                       (6.32)

где , m, n, k – эмпирические коэффициенты.

При расчете массообмена в пленочных колоннах по формулам влияние физических свойств фаз на массоперенос может быть учтено соотношениями

   ;                              (6.33)

   ,                                    (6.34)

где  – фактор русла канала насадки, здесь d¢– глубина интенсификаторов, м; f₁ – площадь рифленой поверхности, м²; δ – толщина пленки жидкости, м; f₀ – площадь нерифленой поверхности;  H₀ – высота пакета насадки, м; , a, p, r, t, B₀, k, q, w, – численные константы, значения которых приведены в прил. 8–9;  – диффузионные числа Прандтля для  паровой и жидкой фаз соответственно.