Массообменные процессы. Никалаев Г.И - 28 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

и М
н
— средние мольные массы жидкости в верхней и нижней
частях колонны.
Мольную массу дистиллята в данном случае можно
принять равной мольной массе легколетучего компонента —
бензола. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней
частях колонны соответственно равны:
M
в
= M
б
x
ср.в
+ М
т
(1 – x
ср.в
);
M
н
= M
б
x
ср.н
+ М
т
(1 – x
ср.н
),
где M
б
и M
т
– мольные массы бензола и толуола; х
ср.в
и х
ср.н
–
средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и
нижней частях колонны:
х
ср.в
= (x
P
+ x
F
)/2 = (0,983 + 0,388)/2 = 0,686 кмоль/кмоль смеси;
х
ср.н
= (x
F
+ x
w
)/2 = (0,388 + 0,02)/2 = 0,204 кмоль/кмоль смеси.
Тогда
M
в
= 78 . 0,686 + 92(1 – 0,686) = 82,4 кг/кмоль;
M
н
= 78 . 0,204 + 92 (1 – 0,204) = 89,1 кг/кмоль.
Мольная масса исходной смеси
M
F
= 78 . 0,388 + 92(1 – 0,388) = 86,6 кг/кмоль.
Подставим рассчитанные величины в уравнения (2.4) и (2.5),
получим:
L
в
= 1,73
.
2,1
.
82,4/78 = 3,84 кг/с;
L
н
= 1,73
.
2,1
.
89,1 /78 + 5,0
.
89,1 /86,6 = 9,29 кг/с.
Средние массовые потоки пара в верхней G
B
и нижней G
Н
частях колонны соответственно равны:
G
B
= P (R +1) M’
в
/M
P
, G
Н
= Р(R + 1) M’
н
/М
P
. (2.7)
Здесь M’
в
и M’
н
- средние мольные массы паров в верхней и
нижней частях колонны:
M’
в
= M
б
y
cр.в
+M
т
(1 – y
cр.в
); M’
н
= M
б
y
cр.в
+M
т
(1 – y
cр.н
), (2.8)
где
y
cр.в
= (y
P
+y
F
) / 2 = (0.983 + 0.58) / 2 = 0,78 кмоль/кмоль смеси;
y
cр.н
= (y
F
+y
W
) / 2 = (0,58 + 0,02) / 2 = 0,3 кмоль/кмоль смеси.
Тогда
M’
в
= 78
.
0,78 + 92(1 – 0,78) = 81,1 кг/моль;
M’
н
= 78
.
0,3 + 92(1 – 0,3) = 87,8 кг/кмоль.
Подставив численные значения в уравнение (2.7), получим:
G
B
= 1,73 (2,1 + 1) 81,1 / 78 = 5,58 кг/с;
G
Н
= 1,73 (2,1 + 1) 87,8 / 78 = 6,04 кг/с.
2.1.2. Скорость пара и диаметр колонны
Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими
факторами и обычно осуществляется путем технико-
экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для
ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при
атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20-
30 % ниже скорости захлебывания [5]. Предельную фиктивную
скорость пара w
п
, при которой происходит захлебывание
насадочных колонн, определяют по уравнению [6]:
.4exp2.1
125.0
25.0
3
16.02
−=
x
y
x
xyп
G
L
g
a
ρ
ρ
ρε
µρω
(2.9)
где ρ
x,
ρ
y
– средние плотности жидкости и пара, кг/м
3
; µ
x
– в мПа-с.
Поскольку отношения L/G и физические свойства фаз в
верхней и нижней частях колонны различны, определим
скорости захлебывания для каждой части отдельно.
Найдем плотности жидкости ρ
x в
, ρ
x н
и пара ρ
y в
, ρ
y н
в верхней
и нижней частях колонны при средних температурах в них t
B
и t
H
.
(2.6)
52 53 
и Мн — средние мольные массы жидкости в верхней и нижней                               M’в = Mбycр.в+Mт(1 – ycр.в); M’н = Mбycр.в+Mт(1 – ycр.н),                      (2.8)
частях колонны.                                                                 где
     Мольную массу дистиллята в данном случае можно
принять равной мольной массе легколетучего компонента —                            ycр.в = (yP +yF) / 2 = (0.983 + 0.58) / 2 = 0,78 кмоль/кмоль смеси;
бензола. Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней                         ycр.н = (yF +yW) / 2 = (0,58 + 0,02) / 2 = 0,3 кмоль/кмоль смеси.
частях колонны соответственно равны:
                                                                                     Тогда
                   Mв = Mб xср.в + Мт (1 – xср.в);
                                                                                             M’в = 78 . 0,78 + 92(1 – 0,78) = 81,1 кг/моль;
                                                      (2.6)
                  Mн= Mб xср.н + Мт (1 – xср.н),
                                                                                             M’н = 78 . 0,3 + 92(1 – 0,3) = 87,8 кг/кмоль.
где Mб и Mт – мольные массы бензола и толуола; хср.в и хср.н –
                                                                                     Подставив численные значения в уравнение (2.7), получим:
средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и
нижней частях колонны:                                                                       GB = 1,73 (2,1 + 1) 81,1 / 78 = 5,58 кг/с;

    хср.в = (xP + xF)/2 = (0,983 + 0,388)/2 = 0,686 кмоль/кмоль смеси;                         GН = 1,73 (2,1 + 1) 87,8 / 78 = 6,04 кг/с.

    хср.н = (xF + xw)/2 = (0,388 + 0,02)/2 = 0,204 кмоль/кмоль смеси.                           2.1.2. Скорость пара и диаметр колонны
     Тогда                                                                           Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими
          Mв = 78 . 0,686 + 92(1 – 0,686) = 82,4 кг/кмоль;                      факторами и обычно осуществляется путем технико-
                                                                                экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для
          Mн = 78 . 0,204 + 92 (1 – 0,204) = 89,1 кг/кмоль.                     ректификационных колонн, работающих в пленочном режиме при
     Мольная масса исходной смеси                                               атмосферном давлении, рабочую скорость можно принять на 20-
        MF = 78 . 0,388 + 92(1 – 0,388) = 86,6 кг/кмоль.                        30 % ниже скорости захлебывания [5]. Предельную фиктивную
                                                                                скорость пара wп, при которой происходит захлебывание
     Подставим рассчитанные величины в уравнения (2.4) и (2.5),                 насадочных колонн, определяют по уравнению [6]:
получим:
               Lв = 1,73 . 2,1. 82,4/78 = 3,84 кг/с;                                               ω п2 aρ y µ x0.16              L  0.25  ρ y   
                                                                                                                                                         0.125
                                                                                                                                                                 
                                                                                                                       = 1.2 exp− 4             
                                                                                                                                                                .   (2.9)
        Lн = 1,73 2,1 89,1 /78 + 5,0 89,1 /86,6 = 9,29 кг/с.
                   .   .                .                                                              gε 3 ρ x                   G   ρ x                  

     Средние массовые потоки пара в верхней GB и нижней GН                      где ρx, ρy – средние плотности жидкости и пара, кг/м3; µx – в мПа-с.
частях колонны соответственно равны:                                                  Поскольку отношения L/G и физические свойства фаз в
        GB = P (R +1) M’в /MP ,      GН = Р(R + 1) M’н /МP.             (2.7)   верхней и нижней частях колонны            различны,        определим
                                                                                скорости захлебывания для каждой части отдельно.
Здесь M’в и M’н - средние мольные массы паров в верхней и                             Найдем плотности жидкости ρx в, ρx н и пара ρy в, ρy н в верхней
нижней частях колонны:                                                          и нижней частях колонны при средних температурах в них tB и tH.
                                   52                                                                                             53

Страницы