Гидравлический расчет тарелки

При гидравлическом расчете колонны должны быть известны молярные расходы пара G и жидкости L, моль/с; площадь барботажа F_b, м; диаметр отверстий d₀, м; доля свободного (проходного) сечения e_св.

Базовые величины

1. Скорость пара, отнесенная к площади барботажа:

w = (G M_n) / (r" F_b),     [ м/с]

где M_n — молярная масса пара, кг/моль; r" — плотность пара, кг/м³.

2. Удельная нагрузка на сливную перегородку:

q = (L M) / (r' b),             [ м³/(м×с) ]

где М — молярная масса жидкости, кг/моль; r' — плотность жидкости, кг/м³.

3. Средний статический уровень жидкости на тарелке

h₀ = m + 0,315z₁ + 1,91q – (0,41 + 91z₁)×10^–3×w×(r")^0,5, [ м ]

где m — коэффициент, зависящий от типа тарелки (табл. 5.1 )

Т а б л и ц а 5.1.

Значения коэффициентов, используемых при гидравлическом расчете тарелок

Тарелка	m	с1	c2	c3
с кольцевым током с диаметральным током	0,00238 0,00588	3,275 2,78	3.917 3,325	0,95 0,99

 

Движение пара в отверстиях тарелки

1. Ориентировочное значение скорости пара в отверстиях

w₀₁ = c₁ (h₀×r' / r")^0,5, [ м/с ]

где с₁ — расчетный коэффициент (см. табл. 5.1).

2. Диаметр отверстий определяют по формуле

d₀ = 1,05×t×(w/w₀₁)^0,5, [ м ]

Полученное значение d₀ следует округлить до нормализованного (технологически обоснованного) значения.

Долю свободного сечения определяют по формуле e_св = 0,907 (dо / t)².

3. Реальная скорость пара в отверстиях

w₀ = w/ e_св,             [ м/с ]

Она должна быть больше минимальной скорости, обеспечивающей "беспровальную" работу тарелки

w_0min = c₂×x^–0,625×(h₀×r' / r")^0,5, [ м/с ]

c₂—коэффициент (см. табл. 5.1),

x —коэффициент гидравлического сопротивления тарелки

x = 0.45(1-e_св²)×(d₀/d₀₁)^–0,2. Значение d₀₁ равно 0,001 м.       

Сопротивление тарелки проходу пара

1. Сопротивление «сухой» тарелки

Dp_c = x×r"×w₀² / 2,       [ Па ]

2. Сопротивление поверхностного натяжения, Па:

при do < 0,001 м            

Dp_d = 4s/d₀;

при do > 0,001 м            

Dp_d = 4s/(1,3d₀ + 0,08×d₀²).

Здесь s — поверхностное натяжение, Н/м.

3. Сопротивление отбойника – каплеуловителя

Dp_к = x_к×r"×w_к² / 2. [ Па ]

Коэффициент x_к  зависит от угла отклонения отбойного козырька. Величина w_к определяется по сечению на входе в отбойное устройство.

4. Полное сопротивление тарелки проходу пара с учетом среднего уровня жидкости

Dp = Dp_c + Dp_s + Dp_к + r'×g×h₀, [ Па]

Величина g = 9,80665 м/с².

Расстояние между тарелками по условию перелива жидкости

1. Критическая глубина потока

H_kp = 0,47 q^2/3,              [ м ]

2. Высота узкого сечения кармана

s = c₃×H_kp,                           [ м ]

где с₃ — коэффициент (см. табл. 5.1).

Из конструктивных соображений высоту s можно выбрать больше расчетной.

3. Высота столба жидкости h_ж в переливном кармане определяется высотой подпорной перегородки гидрозатвора z₂, напором для преодоления сопротивления узкого места гидрозавора s и напором для преодоления разности давлений под и над тарелкой Dр

h_ж = k₁×z₂ – k₂×a + k₃×_Hkp  + k₄×H_kp³/s² + k₅×Dp / (r'g), [ м ]

Если значение s отличается от рассчитанного в п. 2, то принимать s = z₂ – а.

Если тарелка имеет сепарационное пространство для выделения пузырьков пара – значение коэффициента k₅ принимать равным 1,0.

 

Таблица 5.2.

Значения коэффициентов k_i

Тип переливного устройства	k1	k2	k3	k4	k5
I – прямоугольное	0,95	0	1,68	1,16	1,05
П – скругленное	0,95	0	1,68	0,7	1,05
Ш – наклонное	1,71	0,76	0	0,73	1,0
IV – наклонное, соплообразное	2,16	0,7	0	0,083	1,0

4. Минимальное расстояние между тарелками

h_min1 = 1,25 (h_ж – z₁),                          [ м ]

В уравнение для h_min1 введен коэффициент запаса 1,25.

Расстояние между тарелками по условию уноса пены

Для вычисления высоты слоя пены на тарелке находим:

1. Скорость витания капель

w_k = 1,75×[gs(r' – r") / (r")²]^1/4          [ м ]

и относительная скорость витания

w_ko = 1 – w / w_k.

2. Коэффициент взаимодействия фаз

k_f =(0,2r' + r") / [w_ko (r' – r")].

3. Число Фруда

Fr = k_f ×w² / (g h_ef),

где h_ef =[z₁ + q^2/3 / g^1/3]×w_ko – эффективная высота запаса жидкости.

4. Паросодержание двухфазного слоя пены

j = 2 / [1 + (1 +2× Fr)^0,5 ].

5. Высота пены на тарелке

h_n = h₀ / (1 –j).                                          [ м ]

6. Высота сепарационного пространства

h_c = 0,08328 w^0,57 F_b^0,07.                            [ м ]

7. Расстояние между тарелками

h_min2 = h_n + h_c                                 [ м ].

После расчетов в качестве расстояния между тарелками принимается большее из h_min1 и h_min2. Это обеспечивает нормальную работу тарелки без переброса пены вверх и без переполнения перелива.

 

 

Конденсаторы-испарители

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: