Рис. 5.7. Схематичный разрез ректификационной тарелки с переливными

Устройствами различных типов:

I – с прямым переливным карманом; II – с отогнутой подпорной перегородкой;

III – с профилированным дном стакана; IV – с профилированным дном и сопловым выходом из кармана

Принимаем диаметр отверстий тарелки и шаг t. Для воздухоразделительных колонн = 0,8-0,9 мм; t = 3,25 мм. В очень крупных установках для уменьшения сопротивления колонны диаметр отверстий увеличивается до = 1,3 мм.

3. Определяем скорость пара в отверстиях колонны. При разбивке отверстий (перфорации) по шестиграннику площадь отверстий равны

.

(5.28)

Скорость пара в отверстиях будет равна

.

(5.29)

Скорость пара в отверстиях должна находиться в пределах = 3-5 м/с.

4. Определяем минимальную скорость пара в отверстиях тарелки , при которой вся тарелка вступает в работу

,

(5.30)

где - падение уровня потока жидкости на тарелки в мм.

Для колонн установок разделения воздуха отношение коэффициента поверхностного натяжения жидкости к ее вязкости находится в пределах =5-7. Если для этих колонн напряженность сливного устройства 30 м³/(чм), где b – ширина сливной перегородки, а u – число переливных карманов (заходов) на одной тарелке, то (рис. 5.5):

, мм

(5.31)

, мм

(5.31)

В других случаях где: к - относительный удельный вес (плотность) пены на тарелке , где - плотность пены. Для колонн разделения воздуха к  0,15; - величина напора небарботируемой жидкости над гребнем сливного порога (рис. 5.7) в м.

,

(5.32)

m - коэффициент водослива в м^1/2/ч; - объем сливающейся жидкости в сечении колонны в м³/ч.

При , m = 6400; при , m = 10 000; при значения m определяются интерполяцией между названными величинами.

5. Определяем расстояние между тарелками, исходя из двух условий:

- нормального перетока жидкости без захлебывания колонны;

- отсутствия межтарельчатого уноса пены.

Определение расстояния между тарелками из условия нормального перетока жидкости.

Для конструируемой тарелки, которая является наиболее нагруженной по жидкости и пару, целесообразно принимать высоту наиболее сжатого сечения переливного устройства s (рис.5.7) такой, которая обеспечила бы минимальное расстояние между тарелками. Назовем эту величину . Для остальных тарелок она не будет оптимальной, но вследствие их меньшей нагруженности найденное оптимальное расстояние для наиболее нагруженного сечения заведомо обеспечит их работу.

,

(5.33)

где А - опытный коэффициент, зависящий от типа переливного устройства, определяем по табл. 5.3; - критическая глубина потока жидкости:

, м.

(5.34)

При s = минимальное расстояние между тарелками , обеспечивающее нормальную работу переливного устройства, определяется из уравнения:

,

(5.35)

где В - опытный коэффициент, зависящий от типа переливного устройства (определяется из табл. 5.5); а – начальный гидравлический затвор (рис. 5.7), он принимается равным 5-10 мм; - сопротивление тарелки прохождению пара:

, мм.рт.ст,

где - динамическое сопротивление сухой тарелки:

;

(5.36)

- коэффициент местного сопротивления при прохождении пара через отверстия (для ситчатых тарелок, используемых в воздухоразделительных колоннах = 1,83); - статистическое давление столба жидкости, которое нужно преодолеть пару, проходящему через тарелку:

,

(5.37)

для воздухоразделительных колонн к = 0,15,

тогда

; (5.38)

- перепад давления, необходимый для преодоления паром сил поверхностного натяжения жидкости

;

(5.39)

 - коэффициент поверхностного натяжения жидкости в кг/м.

Для упрощения изготовления размеры тарелок зачастую принимаются одинаковыми для нескольких отличающихся по гидравлическому режиму участков. Величина s = принимается по самому нагруженному участку. Для этого участка определяется по уравнению (5.28). Для остальных участков расстояние между тарелками определяется по уравнениям, соответствующим типу переливного устройства (рис.5.7):

для типа I:

;

(5.40)

для типа II:

;

(5.41)

для типа III:

;

(5.42)

для типа IV:

.

(5.43)

При проектировании сливного устройства, чтобы обеспечить отделение пузырей пара от жидкости, скорость стекания жидкости в сливном кармане (верхней его части) должна быть меньше скорости всплывания пузырей, которая составляет для воздухоразделительных колонн  0,15 м/с. Ширина сливного кармана в самой узкой части (у вытеснителя) должна быть больше 2,0 , чтобы струя стекающей жидкости не могла перекрыть всю ширину сливного кармана.

Определение расстояния между тарелками из условия отсутствия межтарельчатого уноса пены.

Высота газожидкостной эмульсии барботируемого слоя (высота пены) Н находится для воздухоразделительных колонн из выражения:

.

(5.44)

Если физические свойства разделяемой жидкости заметно отличаются от физических свойств воздуха, то высота пены определяется из уравнения:

(5.45)

По найденным значениям l и Н определяется расстояние между тарелками:

;

(5.46)

,

(5.47)

где c – высота сепарирующего пространства.

Для воздухоразделительных колонн принимается c = 15-20 мм. Эта величина принимается при скоростях пара 0,3 м/с в колоннах низкого давления и 0,1 м/с в колоннах высокого давления. Высота сепарирующего пространства с увеличением скорости пропорционально увеличивается.

Полученное расстояние между тарелками из условия (5.46) и (5.47) округляется до нормального размера, указанного в табл. 5.3 и 5.4.

6. Полученные конструктивные размеры ректификационной тарелки по самому нагруженному сечению участка (по пару и жидкости) проверяются, исходя из условий работы наименее нагруженного сечения участка. Из выражения (5.28) определяется действительная скорость пара в отверстиях тарелки в этом сечении и по выражению (5.30) минимальная скорость, при которой вся тарелка вступает в работу. Первая должна быть больше второй.

В случае, если при различных гидравлических условиях на участках (из конструктивных соображений) колонна имеет одинаковые размеры по всей высоте, то расстояние между тарелками принимается наибольшее из всех, которые получаются при определении этой величины для наиболее нагруженных сечений участков.