Проектирование ректификационной установки для непрерывного разделения смеси бензол–толуол
2.3.1 Определение коэффициентов массоотдачи
Для определения коэффициентов диффузии в жидкости при воспользуемся формулой:
,
где -динамический коэффициент вязкости жидкости, ; и -мольные массы исходных веществ, ; и -мольные объёмы растворённого вещества и растворителя, ; и -коэффициенты, зависящие от свойств растворённого вещества и растворителя.
Для бензола:
Для толуола:
Вязкость жидкости найдём, зная её состав по теплофизическим свойствам:
Коэффициент диффузии при заданной температуре определим по формуле:
,
где -коэффициент диффузии бинарной смеси при , .
Коэффициент может быть определён по эмпирической формуле:
,
где - динамический коэффициент вязкости жидкости, ; -плотность жидкости при , .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициент диффузии для пара рассчитывают по приближённой формуле:
,
где -средняя температура пара, ; -среднее давление в колонне, .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массоотдачи для паровой фазы будем находить из соотношения:
,
где -диффузионный критерий Нуссельта; -коэффициент массоотдачи, ; -коэффициент диффузии, ; -высота светлого слоя жидкости, .
Используя критериальное уравнение:
,
где -диффузионный критерий Рейнольдса;
- диффузионный критерий Прандтля;
- диффузионный критерий Вебера.
Здесь -плотность жидкости, ; -поверхностное натяжение, ; -плотность пара, ; -коэффициент диффузии паровой фазы, ; -динамический коэффициент вязкости пара, ; -скорость пара в щелях тарелки, .
Вязкость пара определим по формуле:
,
где -концентрация в паре легколетучего компонента, мольная доля; -мольные массы компонентов смеси и пара, ;-динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси и пара, .
Динамические коэффициенты вязкости компонентов смеси паров найдём по известным температурам и теплофизическим свойствам веществ:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Коэффициенты массопередачи:
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны:
Для нахождения коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе воспользуемся уравнением:
,
где -диффузионный критерий Пекле; -высота газожидкостного (барботажного) слоя, ; -коэффициент диффузии для жидкой фазы, ; -приведённая плотность орошения, .
а) Для верхней части колонны:
б) Для нижней части колонны: