3.3.1.2.3.3 Расчет штуцеров

Расчет штуцеров ректификационной колонны (для ввода сырья А, вывода парового потока Б и кубовой жидкости В, ввода жидкого Г и парового Е орошения) проводится по выражению

, (3.66)

где V – объемный расход потока в соответствующем штуцере, м³/с;

- допустимая линейная скорость движения потока, м/с. Зависит от агрегатного состояния потоков (пар, жидкость) и способа перемещения (движение самотеком, подача насосом и т.д.). Значения скоростей даны в таблице XIII приложения.

Объемный расход потока определяется по выражению

, (3.67)

где G – массовый расход потока пара или жидкости, проходящий через рассчитываемый штуцер, кг/ч;

- плотность потока, определяемая по уравнениям (3.58) или (3.59).

Полученное значение диаметра штуцера округляется, если необходимо, согласно существующим нормалям. Предусмотрен следующий ряд условных диаметров штуцеров: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450 … мм.

3.3.1.2.4 Расчет гидравлического сопротивления тарелок

Гидравлическое сопротивление ∆p барботажных тарелок складывается из сопротивления сухой тарелки ∆p_c, сопротивления столба жидкости в тарелке ∆p_ст и сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения жидкости ∆p_σ (или сопротивления смоченной тарелки)

∆p = ∆p_c + ∆p_ст + ∆p_σ, Па (3.68)

Сопротивление сухой тарелки (Па) определяется соотношением

(3.69)

где - коэффициент сопротивления сухой тарелки, зависящий от конструкции тарелки; υ₀ - скорость пара в прорезях колпачка (для колпачковых) или в отверстиях тарелок (для ситчатых), м\с; ρ - плотность пара, кг\м³.

В таблице 3.15 приводятся значения коэффициента сопротивления для различных тарелок.

Таблица 3.15 – Значения коэффициента сопротивления тарелок

Тарелка	ξ
Колпачковая	4,5… 5,5
Ситчатая	1,45 …1,83
Провальная Дырчатая	2,1
Решетчатая	1,4… 1,5

Скорость пара (м\с) определяется в зависимости от скорости пара в свободном сечении колонны:

_(3.70)

где ω_q – допустимая линейная скорость пара в колонне (уравнение 1.49);

s_c - живое сечение прорезей или отверстий (отношение их суммарной площади на тарелки к площади поперечного сечения колонны),%. Обычно s_c = 10 – 25%

Сопротивление смоченной тарелки (Па) определяют по следующим уравнениям

- для ситчатой тарелки

; (3.71)

- для колпачковой тарелки при полном открытии прорези:

_(3.72)

где σ - поверхностное натяжение жидкости, Н\м², d₀ – диаметр отверстия тарелки, или эквивалентный диаметр прорези (щели отверстия), м; n, m – соответственно ширина и высота прорези, мм (n=4мм, m=15-30мм).

Сопротивление столба жидкости

- на ситчатой тарелке

_(3.73)

- на колпачковой тарелке

_{, (3.74)}

где g – ускорение свободного падения, м²\с; k=0,5 – отношение плотности пены на тарелке к плотности чистой жидкости; ρ_ж – плотность жидкости, кг\м³; h_п – высота сливного порога (сливной перегородки), м (h_п =15-40 мм); m – высота прорези, м; ∆h – высота уровня жидкости над сливной перегородкой, м.

_(3.75)

где V_ж – объемный расход жидкости, м³/с; П – периметр сливного порога (перегородки), м; l – расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м;

Высоты h_п, ∆h, m и расстояние l показаны на рисунке 3.10.

а – колпачковая тарелка; б –ситчатая тарелка

Рисунок 3.10 – К расчету гидравлического сопротивления тарелки с переливным устройством

Для расчета гидравлического сопротивления (Па) провальных тарелок можно воспользоваться уравнением

_(3.76)

Где σ - коэффициент сопротивления сухой тарелки; s_c – живое сечение тарелки, доли; a – доля отверстий, через которые проходит слив жидкости.

Общее гидравлическое сопротивление (Па) тарелок колонны

∆p_k=∆p·N (3.77)

где N – число тарелок в колонне.

Основы выбора типа тарелок, особенности работы, технические характеристики и гидравлический расчет приведены в [11,12].

Расстояние между тарелками принимают равными или несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) h_б и сепарационного пространства h_с:

. (3.78)

Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки, принимаемого равным 0,1 кг жидкости на 1 кг газа. Рекомендованы [1] расчетные уравнения для определения брызгоуноса е (кг/кг) с тарелок различных конструкций. Для провальных и клапаны тарелок

e=A·f·ω^m/h_cⁿ, (3.79)

где f – поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565 ; - в мН/м; коэффициент А и показатели степени m и n приведены ниже:

Тарелка	А	m	n
Провальная (дырчатая, решетчатая, волнистая)	1, 4 ∙10-4	2,56	2,56
Клапанная и балластная	8,5 ∙10-5	2,15	2,5

Для тарелок других конструкций брызгоунос рассчитывают по уравнениям, приведенным ниже.

Для ситчатых тарелок

(3.80)

Для колпачковых тарелок унос жидкости можно определять по следующей зависимости [3]:

, (3.81)

где E – масса жидкости, уносимой с 1 м² рабочей площади сечения колонны (за вычетом переливного устройства), ; - в мПа ; - в мН/м.

Графическая зависимость функции (3.81) приведена на рисунке 3.11

Рисунок 3.11 – График для определения уноса на колпачковых тарелках