Гидравлический расчет колонны

 

Для тарелок бесколпачковых (ситчатых, клапанных, струйных и других) величину общего сопротивления можно определить по уравнению:

 

 

гдеξ – общий коэффициент сопротивления тарелки, для клапанных тарелок (клапаны полностью открыты) ξ=3,63;

ω_оп – скорость пара в рабочем сечении колонны, м/с;

h_w – высота сливной перегородки, м;

h_ow – подпор, м;

ΔΡ_σ – сопротивление, связанное с преодолением сил поверхностного натяжения на границе жидкость пар при выходе пара из отверстий тарелки в жидкость, Па.

Высоту сливной перегородки h_w выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточный слой жидкости на тарелке (h_w+ h_ow)≥40 мм. При малых расходах жидкости, когда подпор h_ow мал, это обеспечивается сливной перегородкой высотой h_w . При больших расходах жидкости,

когда слой жидкости на тарелке составляет 80 мм и более, высота сливной перегородки может быть уменьшена вплоть до h_w=0. В этом случае необходимый слой жидкости на тарелке обеспечивается за счет подпора жидкости над гребнем слива h_ow .

Скорость газа в интервале устойчивой работы клапанных тарелок может быть определена по уравнению:

 

где:G – масса клапана, кг;

F_c – доля свободного сечения тарелки, %;

F₀ – площадь отверстия под клапаном, м²;

ζ – коэффициент сопротивления, который может быть принят равный 3.

Принимаем диаметр отверстия под клапанном равным d=70 мм, массу клапана G=0,0025 кг. Следовательно:

Скорость пара в рабочем сечении верхней части колонны:

Скорость пара в рабочем сечении нижней части колонны:

Уровень слоя жидкости на тарелке (подбор) обусловлен высотой сливой перегородки h_w и зависит от расхода жидкости, формы и длины сливной перегородки [ ].

Для сплошной сливной перегородки:

 

,

 

где: L_v – объемный расход жидкости, м³/ч;

В=2,05 – периметр слива, м;

K_ow – поправочный коэффициент, учитывающий влияние стенок колонны на работу сегментного переливного кармана и определяемый по графику, рисунок 4,7 [3].

Расход жидкости, проходящий в верхней части колонны:

 

 

Расход жидкости, проходящий в нижней части колонны:

 

 

Для определения поправочного коэффициента K_ow находим отношение:

 

 

Для верхней части колонны находим отношение :

 

 K_{ow в.}=1,015

 

Для нижней части колонны находим отношение :

 

 K_{ow н.}=1,025.

 

Подпор жидкости на тарелке для верхней части колоны:

Подпор жидкости на тарелке для нижней части колоны:

Сопротивление, обусловленное действием си поверхностного натяжения:

 

гдеr_гидр – гидравлический радиус отверстий, через которые пар выходит в жидкость, м.

 

 

гдеF₀, П₀ – площадь, м² и периметр, м отверстий, через которые выходит пар, соответственно

 

 

Поверхностное натяжение рассчитываем по формуле:

 

σ_н = σ_А∙ _н.ср. + σ_В∙(1- _н.ср) ,

 

где σ_А, σ_В – поверхностное натяжение метилового и этилового спиртов при t_ср.н [1 с. 526] ,

σ_н = 17,7∙10^-3∙00,08 + 17,4∙10^-3∙(1-0,08)= 17,42∙10^-3 н/м.

Тогда сопротивление вызываемое силами поверхностного натяжения будет равно:

а) для верхней части колонны:

а) для нижней части колонны:

Сопротивление тарелки на верхней части колоны:

Сопротивление тарелки на нижней части колоны:

Общее сопротивление колонны:

 

 

гдеn_в , n_н – действительное число тарелок в верхней и нижней части колоны, соответственно. Определение действительного числа тарелок поведено в разделе 1,7