Расчет и проектирование ректификационной установки. Минимальное флегмовое число. Коэффициент избытка флегмы. Результаты расчетов рабочего флегмового числа, страница 3

                                                                (11)

где μ, ρ – вязкость и плотность растворителя (этанола) при 20 ºС (μ = 1,19·10^-3 Па·с; ρ = 789 кг/м³).

Коэффициент диффузии при 20 ºС можно определить по приближенной формуле [23]

                                      (12)

где μ – динамический коэффициент вязкости растворителя (этанола) при 20 ºС (μ = 1,16 мПа·с [25]); υ_А, υ_В – мольные объемы этанола (С₂H₅OH) и воды (Н₂О) (υ_А =  см³/моль; υ_В = 3,7·2 + 7,4 = 14,8 см³/моль); М_А, М_В – мольные массы этанола и воды (М_А = 46 кг/кмоль; М_В = 18 кг/кмоль); А, В – коэффициенты, зависящие от свойств компонентов (коэффициенты ассоциации: А = 1,19; В = 4,7 [23]).

Тогда

Полученное значение близко к приведенному в [25].

Соответственно

По паровой фазе.

Средняя мольная концентрация в нижней части колонны

Средняя мольная концентрация в верхней части колонны

Средняя мольная концентрация по колонне

Средняя температура в нижней части колонны

Средняя температура в верхней части колонны

Средняя температура по колонне

Средняя мольная масса пара

Среднюю плотность паров определим по формуле [23]

                                                   (13)

где Р = Р_о – давление в колонне (атмосферное), Па; Т_о = 273 К – абсолютная температура; Т = t_ycр + Т_о = 91,6 + 273 = 364,6 К – температура в колонне.

Тогда

Среднюю вязкость паров в колонне определим по приближенной формуле [23]

                                               (14)

где μ_{y A} = 0,01058 мПа·с – вязкость паров этанола при их средней температуре t_{y cр} = 91,6 ºС

[25, 31]; μ_{y В} = 0,0116 мПа·с – вязкость паров воды при их средней температуре t_{y cр} = 91,6 ºС [23].

Тогда

Коэффициент диффузии определим по приближенной формуле [23]

     (15)

Определение основных геометрических размеров ректификационной колонны. Диаметр ректификационной колонны рассчитывают по формуле, вытекающей из уравнения расхода

                                                      (16)

где V_y – объемный расход паров по колонне, м³/с; J_{y раб} – скорость паров в колонне, м/с.

Объемный расход паров по колонне определим по формуле [22]

Для определения предельно допустимой скорости пара в колонне воспользуемся формулой [22]

                                               (17)

где d_к – диаметр колпачка тарелки, м. Принимаем d_к = 0,1 м (0,06; 0,08; 0,1 м) [22]; h_к – расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки, м. Принимаем h_к = 0,3 м (0,2…0,35 м).

Тогда

Рабочая скорость движения паров

Соответственно

Ближайший диаметр из нормального ряда для колонн, применяемых в химической промышленности, D_к = 2,0 м [22].

Уточним скорость движения паров в колонне

Высоту колонны определяют по формуле [23]

                                                                                                                           (18)

где h_к – расстояние между тарелками, м; n_д – число действительных тарелок в колонне, шт; С – конструктивная прибавка, м.

Действительное число тарелок определим при помощи кинетической кривой, для построения которой необходимо вычислить коэффициенты массоотдачи в паровой β_y и жидкой β_х фазах.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе определим по формуле [26]

                                                (19)

где h = 1,0 м – линейный размер;  – диффузионный критерий Прандтля

По формуле (19)

Коэффициент массоотдачи в паровой фазе определим по формуле [26]

                                                 (20)

где Re_y – критерий Рейнольдса для паровой фазы

По формуле (20)

Для построения кинетической кривой составим табл. 3.

В табл. 3: f_т – площадь живого сечения тарелки, м²,

G_y – мольный расход парового потока, кмоль/с,