3.3 Определение средних физических величин потоков пара и жидкости

Для определения основных размеров колонны (аппарата), расходов греющего пара и воды требуется найти средние мольные, массовые составы, мольные, массовые и объемные расходы по жидкости и пару, а также некоторые физические величины.

Для простой полной колонны, обогреваемой глухим паром (горячей водой) или острым паром, средние составы и расходы по жидкости и пару, а также физические величины определяют отдельно для верхней и нижней части колонны.

1) Для жидкой фазы в верхней и нижней частях колонны:

- мольные составы определяют как средние арифметические:

тогда мольные составы вычисляются по формуле:

(11)

- мольные массы определяют по формуле:

(12)

где = 58,08 - мольная масса ацетона;

= 60,00 - мольная масса уксусной кислоты.

- массовые составы компонентов А и В определяют по уравнению:

(13)

где - мольная масса смеси; индекс А или В указывает на компонент.

В этой и последующих формулах индекс i относится либо к верхней, либо к нижней частям колонны.

- средние температуры определяют по диаграмме при соответствующих значениях .

- плотности определяют по уравнению:

(14)

- плотности легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, ;

динамические коэффициенты вязкости рассчитывают по уравнению:

(15)

где - динамические коэффициенты вязкости легколетучего и труднолетучего компонентов при соответствующих температурах, Па • с.

Для верхней части колонны:

,

Для нижней части колонны:

,

- прежде чем рассчитывать коэффициенты диффузии, определим коэффициенты диффузии бинарной смеси при и температурные коэффициенты , а для этого нам необходимо по формулам (14) и (15) рассчитать плотности и динамические коэффициенты вязкости веществ при :

-

(16)

где - динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПа•с; - мольные массы исходных веществ, ;

- мольные объёмы растворённого вещества и растворителя, ;

А=1,15 и В=1,27 - коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя.

(17)

где - динамический коэффициент вязкости жидкости при , мПа•с; - плотность жидкости при , .

- теперь по приближенной формуле рассчитаем коэффициенты диффузии :

 (18)

где - коэффициент диффузии бинарной смеси при , .

- поверхностные натяжения определяют по уравнению:

(19)

где - поверхностные натяжения исходных веществ при соответствующих температурах, .

- мольные расходы рассчитывают по уравнениям:

где - мольные расходы питания и дистиллята, ;

- флегмовое число.

- массовые расходы рассчитывают по уравнениям:

где - массовые расходы питания и дистиллята, .

- объемные расходы рассчитывают по соотношению:

(20)

2) Для паровой фазы в верхней и нижней частях колонны:

- мольные составы определяют по уравнениям рабочих линий при подстановке в них соответственно :

- уравнение рабочей линии для верхней части (21)

колонны.

- уравнение рабочей линии для нижней (22)

части колонны.

мольные составы определим по формуле (11):

- мольные массы определяют по уравнению (12) при соответствующих значениях :

- массовые составы определяют по уравнению:

- средние температуры определяют по диаграмме при соответствующих значениях :

- плотности смесей определяют по уравнению Клапейрона:

(23)

где - плотность пара при нормальных условиях (=273 К,

), ;

- средняя температура пара, К;

- среднее давление в колонне, мм рт. ст.

- динамические коэффициенты вязкости рассчитывают по приближенной формуле:

(24)

- коэффициенты диффузии рассчитывают по приближенной формуле:

(25)

где - средняя температура пара, К; - среднее давление в колонне, мм рт. ст.

мольный расход пара, который принимается постоянным по высоте колонны, определяют по уравнению:

(26)

где - массовый расход дистиллята,

- массовые расходы определяют по уравнению:

(27)

- объемные расходы пара рассчитывают по соотношению:

(28)