- •Колонные аппараты процессов абсорбции и ректификации и элементы расчета
- •Рецензенты:р.Н.Фаткуллин Доцент кафедры,кандидат технических наук т.Г. Белобородова
- •Содержание
- •Основные обозначения
- •1 Классификация аппаратов колонного типа
- •1.2 Отбойные устройства колонных аппаратов
- •2 Колонные аппараты насадочного типа
- •2.1 Распределительные устройства насадочных колонн
- •2.1.1 Распределительные устройства для подачи жидкости
- •2.1.2 Распределители газа
- •2.2 Насадочные контактные устройства
- •2.2.1 Характеристика насадок
- •3 Колонные аппараты тарельчатого типа
- •3.1 Классификация контактных тарелок
- •3.2 Характеристика тарелок с переливными устройствами
- •3.2.1 Устройство и работа барботажной тарелки
- •3.2.2 Конструкции переливных устройств
- •3.2.2.1 Устройства ввода и вывода жидкости
- •3.2.3 Минимальная скорость перехода на беспровальный режим
- •3.2.4 Градиент уровня жидкости на тарелке
- •3.2.5 Захлебывание тарелок с переливными устройствами
- •3.2.6 Тарелки колпачкого типа
- •3.2.6.1 Тарелки с круглыми колпачками
- •3.2.6.2 Тарелки с s – образными элементами
- •3.2.7 Тарелки клапанные
- •3.2.8 Тарелки ситчатые
- •3.2.8.1 Тарелки ситчатые с отбойными элементами
- •3.2.8.2 Тарелки ситчато-клапанные
- •3.2.9 Тарелки с однонаправленным движением пара (газа) и жидкости
- •3.3 Характеристика тарелок провального типа
- •3.3.1 Решетчатые тарелки
- •3.3.2 Тарелки вихревого типа
- •3.4 Основы выбора типа тарелок
- •3.5 Технические характеристики тарелок
- •Колонные аппараты пленочного типа
- •5 Распыливающие аппараты колонного типа
- •5.1 Полые распыливающие аппараты
- •5.2 Скоростные прямоточные распыливающие аппараты
- •6 Гидродинамика аппаратов колонного типа
- •6.1 Гидродинамика аппаратов насадочного типа
- •6.1.1 Однофазное движение потока через насадку
- •6.1.1.1 Движение газа
- •6.1.1.2 Движение жидкости
- •6.1.2 Двухфазное движение газа и жидкости через насадку
- •6.2 Гидродинамика аппаратов тарельчатого типа
- •6.2.1 Гидродинамика барботажных тарелок
- •6.2.2 Гидродинамика тарелок с переливными устройствами
- •6.2.2.1 Гидродинамика тарелки колпачкового типа
- •6.2.3 Гидродинамика тарелок провального типа
- •6.3 Гидродинамика аппаратов пленочного типа
- •6.3.1 Однофазное пленочное течение
- •6.3.2 Пленочное течение в двухфазном потоке
- •7.Гидродинамический расчет аппарата тарельчатого типа.
- •7.1 Гидродинамический расчет аппаратов тарельчатого типа
- •7.1.1 Расчет переливных устройств
- •7.1.2 Гидродинамический расчет тарелок с переливными устройствами
- •7.2. Расчет тарелок провального типа
- •8 Расчет сосудов и аппаратов колонного типа.
- •8.1Расчетные сечения.
- •8.2. Расчетные нагрузки и расчетная температура.
- •8.3 Сочетание нагрузок.
- •8.4 Корпус колонного аппарата.
- •8.5 Расчет элементов опоры колонных аппаратов.
- •9 Расчет опорных балок под тарелки и решетки.
- •1 Расчет на прочность колонны
- •1.9 Расчет нижнего днища Расчет аналогичен расчету верхнего днища.
- •2 Расчет колонны на ветровую нагрузку
- •10 Расчет опор колонных аппаратов на ветровую нагрузку и сейсмическое воздействие
- •11 Компьютерный расчет опор колонных аппаратов на ветровую нагрузку и сейсмические воздействия
- •Список использованных источников.
6 Гидродинамика аппаратов колонного типа
6.1 Гидродинамика аппаратов насадочного типа
Гидродинамический режим насадочных аппаратов определяет эффективность их работы [3, 5, 7, 8]. Эффективная работа достигается только при определенных соотношениях между количеством жидкости, стекающей по насадке, и скоростью газов или паров, идущих противотоком к жидкости.
6.1.1 Однофазное движение потока через насадку
6.1.1.1 Движение газа
Газ движется через насадку по извилистым каналам, образованным насадочными телами. Сечение этих каналов непостоянно по высоте аппарата и, следовательно, скорость газа также является переменной величиной. При изучении насадочных аппаратов исходят из средней скорости газа, которую находят делением объемного расхода газа на среднее сечение каналов.
При течении газа через насадку турбулизация развивается значительно раньше, чем при движении по трубам. Границе ламинарного режима соответствует число Рейнольдса (Reг) от 15 до 40. Полностью развитый турбулентный режим наступает при значениях Reг от 2000 до 6000. При обычно встречающихся на практике значениях Reг от 40 до 2000 движение газа соответствует переходному режиму [7].
6.1.1.2 Движение жидкости
При течении жидкости через насадку в последней постоянно находится некоторое количество жидкости. Данная жидкость (или по крайней мере большая часть) непрерывно обновляется, т.е. часть ее стекает со слоя насадки и тотчас же замещается таким же количеством вновь поступающей жидкости. При этом количество находящейся в насадке жидкости остается постоянным [7].
Характер течения жидкости зависит от плотности орошения (U, кг/(м2∙с)). С повышением плотности орошения увеличиваются количество удерживаемой жидкости и доля смоченной поверхности.
Визуальные наблюдения течения воды в колонне, заполненной шарами диаметром 25 мм, показали, что при малых плотностях орошения течение имеет прерывистый характер; жидкость накапливается в точках контакта между насадочными телами и периодически перетекает струйками (рисунок 6.1, а) от одной точки контакта к другой.
Возрастание количества удерживаемой жидкости при повышении плотности орошения происходит вследствие увеличения количества жидкости в каждой точке контакта, а также за счет увеличения количества «активных» точек контакта. При плотности орошения около 2 кг/(м2∙с) на поверхности насадочных тел начинает образовываться пленка (рисунок 6.1, б). Начиная с плотности орошения 4…7 кг/(м2∙с), количество удерживаемой жидкости возрастает в результате увеличения смоченной поверхности и толщины пленки. Наконец, при плотности орошения около 24 кг/(м2∙с) достигается полное смачивание поверхности и жидкость начинает «проваливаться», падая между насадочными телами в виде капель и струй (рисунок 6.1, в). При этом с повышением плотности орошения дальнейшего увеличения толщины пленки не происходит, а возрастает количество «проваливающейся» жидкости.
а б в
а – струйчатое; б – пленочное; в – «провал» жидкости
Рисунок 6.1 – Течение жидкости по насадке (заштрихованные области – пленка жидкости; затемненные области – накопление жидкости)
При других типах насадок, а также при других жидкостях приведенные значения плотностей орошения изменяются, но смена трех режимов течения в общем сохраняется. В таких насадках, как кольца Рашига внавал, течение жидкости по наружной и внутренней поверхностям происходит неодинаково. По первой жидкость может двигаться во все стороны, а по второй – только вдоль оси кольца, причем по внутренней поверхности жидкость течет лишь по нижней ее части.
Опыты по изучению течения жидкости в насадке из колец диаметром от 13 до 32 мм показали, что по внутренней поверхности колец протекает меньшее количество жидкости, чем по наружной. С увеличением размера колец доля жидкости, протекающей по внутренней поверхности, уменьшается от 29 (для колец диаметром 13 мм) до 12% (для колец диметром 32 мм). Для более крупных колец эта величина составляет около 10%.