4. Гидравлический расчет колонны

Гидравлический расчет решетчатых тарелок включает:

- определение скорости пара:

Для определения рабочей скорости сначала найдем предельную скорость пара w_пр, при которой произойдет «захлёбывание» колонны.

(27)

где - предельная скорость пара, м/с; μ_х - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па∙с; μ_в - динамический коэффициент вязкости воды при T=20 , Па∙с, Па∙с; и - массовые расходы жидкой и паровой (газовой) фаз, кг/с; и - плотность жидкости и пара соответственно, кг/м³; В – коэффициент, равный 2.95 для нижнего и 10 для верхнего пределов работы тарелки.

Динамические коэффициенты вязкости жидкости в верхней и нижней частях колонны, найдем по формуле:

(28)

где ₁ и ₂ - динамические коэффициенты вязкости воды и уксусной кислоты, зависящие от температуры, взятые из справочных данных (2), Па∙с.:

Па∙с

Па∙с

Па∙с

Па∙с

Температуры жидкостей были найдены ранее:

Тогда:

Подставим все значения в уравнение (27):

- определим рабочую скорость пара

- определение диаметра колонны:

Для определения диаметра колонны воспользуемся формулой:

(29)

где V_y - объёмный расход пара в колонне, м³/с.

Далее выберем по расчетной величине D стандартный аппарат и уточним рабочую скорость пара в верхней и нижней частях колонны. Выбрали 4.2 м и 5.2 м.

Пересчитаем коэффициент В:

(30)

Условие выполняется

- расчет высоты газожидкостного (барботажного) слоя:

Высота газожидкостного (барботажного) слоя рассчитывается по следующим формулам:

(31)

Где (32)

- критерий Фруда (оптимальный).

Коэффициент С определяется по:

(33)

где - поверхностное натяжение, Н/м; U - плотность орошения, м³/ (м²∙с).

(34)

где S - площадь поперечного сечения колонны, м².

(35)

Поверхностное натяжение жидкости в верхней и нижней частях колонны, найдем по формуле:

(36) где - поверхностное натяжение воды и уксусной кислоты, взятые при средней температуре из (2), с помощью интерполяции:

Н/м

Н/м

Н/м

Н/м

Полученные значения подставляем в уравнение (33):

Далее считаем критерий Фруда по формуле (31):

Теперь, зная критерий Фруда, найдем из уравнения (32) высоту газожидкостного слоя:

(37)

Где w₀ –скорость в щелях, которая определяется как

(38)

- расчет светлого слоя жидкости:

(39)

(40)

- расчет гидравлического сопротивления тарелки:

Для расчета гидравлического сопротивления тарелки используем следующие уравнения:

(41)

(42)

(43)

где - гидравлическое сопротивление тарелки, Па; =1.4-1.6 – коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки; - безразмерный коэффициент; τ – доля площади отверстий, занятая стекающей жидкостью; σ – поверхностное натяжение, Н/м; - эквивалентный диаметр щели, м.

(44)

- коэффициент истечения жидкости.

- расчет брызгоуноса:

(45)

(46)

(47)

м

м