5 Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

- схему установки;

- схему тарелки, колпачка, с указанием основных размеров;

- основные формулы для определения гидравлического сопротивления тарелки;

- таблицу экспериментальных данных по и ;

- графики Р_С = f(w_K) и Р_ор = f(w) ;

- результаты определения коэффициента ;

- расчет для избранной скорости газа w* и сопоставление с .

Таблица 1 - Экспериментальные данные по и ;

Сухая колонна			Орошаемая колонна (Qж = кг/ч)
Перепад на диафрагме, Па	Расход воздуха , м3/ч	Перепад давления Па	Перепад на диафрагме, Па	Расход воздуха , м3/ч	Перепад давления , Па

Эксперименты на сухой и орошаемой тарелке определяют при одинаковых значениях скорости воздуха (перепада на диафрагме)

6 Вопросы для самоконтроля

1 Какие типы тарелок существуют?

2 Для каких процессов применяют тарельчатые колонны?

3 Нарисуйте ректификационную колонну

4 Устройство тарелки с переливами.

5 Диапазон устойчивой работы тарелки

6 Какие гидравлические режимы наблюдаются в тарельчатых колоннах при увеличении расхода газа?

7 От каких параметров зависит гидравлическое сопротивление сухой тарелки?

8 Какие параметры определяют сопротивление орошаемой тарелки?

Лабораторная работа № 2

Изучение гидромеханических характеристик насадочной колонны

Цель работы:

- ознакомление с устройством и работой насадочной колонны;

- экспериментальное и расчетное определение зависимости гидравлического сопротивления слоя насадки от скорости газа в колонне для сухой и орошаемой насадки;

- определение экспериментальным и расчетным путем скорости захлебывания.

1 Основные теоретические сведения

Для проведения процессов абсорбции и ректификации используют насадочные колонны, которые представляют собой вертикальный цилиндрический аппарат, заполненный насадочными телами - насадкой.

Насадочные колонны предпочтительны в следующих случаях:

- при атмосферном давлении и вакууме насадки обладают большей эффективностью, чем тарелки. Для процессов разделения, проходящих при низких давлениях или вакууме, целесообразно применение насадочных колонн, в которых потери давления ниже, чем в тарельчатых;

- при работе с сильно пенящимися разделяемыми системами следует применять насадочную колонну: взаимодействие фаз в тарельчатой колонне обусловливает образование пены в большей мере, чем в насадочной колонне. Накапливаясь на тарелке, пена может достичь вышележащей тарелки, что в конеч­ном счете приведет к захлебыванию колонны;

- для систем, вызывающих коррозию металла, предпочтительнее применение насадочных колонн, так как насадки могут быть изготовлены из дешевого коррозионностойкого материала — керамики и пластмасс;

- при использовании насадочных колонн большого диаметра наблюдается снижение эффективности разделения из-за плохого распределения жидкости по сечению аппарата. Применение перераспределительных тарелок и других вспомогательных устройств повышает эффективность разделения в насадочных колоннах.

Конструкции насадок, применяемых в промышленных аппаратах нефтегазопереработки и нефтехимии, можно разделить на две группы — нерегулярные (насыпные) и регулярные насадки.

В зависимости от используемого для изготовления насадки материала они разделяются на металлические, керамические, пластмассовые, стеклянные, стеклопластиковые и др.

По способу изготовления элементы насадки бывают штампованные, литые, прокатанные, полученные методом экструзии и т. п.

Основными конструктивными характеристиками насадки являются ее удельная поверхность и свободный объем.

Удельная поверхность насадки a — это суммарная поверхность насадочных тел в единице занимаемого насадкой объема аппарата. Удельную поверхность обычно измеряют в м²/м³. Чем больше удельная поверхность насадки, тем выше эффективность колонны, но ниже производительность и больше гидравлическое сопротивление.

Под свободным объемом насадки ε понимают суммарный объем пустот между насадочными телами в единице объема, занимаемого насадкой. Свободный объем измеряют в м³/м³. Чем больше свободный объем насадки, тем выше ее производительность и меньше гидравлическое сопротивление, однако при этом снижается эффективность работы насадки.

Величины а , ε позволяют определить эквивалентный диаметр насадки:

d_э= (1)

При исследовании течения газа через насадку используют скорость газа, отнесенную к полному сечению колонны:

w_к = , (2)

где Q_Г - секундный объемный расход газа, м³/с;

S_K – площадь поперечного сечения колонны, м².

Эту скорость называют скоростью газа в колонне. Кроме того, применяют скорость газа в каналах насадки, определяемую как

w= (3)

Эта скорость газа является истинной, или действительной, скоростью газа в насадке.

Гидравлические режимы работы насадочных колонн в зависимости от скорости газа

При небольших расходах газа и жидкости трение между ними незначительно и количество удерживаемой жидкости не зависит от скорости газа. Контакт газа и жидкости происходит только на поверхности пленки жидкости, стекающей по насадке это, так называемый, пленочный режим.

С увеличением скорости газа возрастает трение между газом и жидкостью и, вследствие этого, происходит торможение жидкости: скорость стекания уменьшается, а толщина пленки жидкости увеличивается. Возрастание количества жидкости в слое насадки ведет к уменьшению сечения для прохода газа, срыву пленки жидкости и возникновению явления барботажа.

Это приводит к увеличению поверхности контакта фаз, которая становится больше геометрической поверхности насадки. Такой режим работы называют режимом подвисания.

Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к возрастанию количества жидкости в насадке до того момента, когда сила трения газа о жидкость уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в слое насадки. Этот момент характеризуется полным затоплением насадки и называется «точкой захлебывания». Работа промышленных насадочных колонн в «точке захлебывания» сопровождается значительными колебаниями гидравлического сопротивления вследствие неустойчивости течения газа и жидкости. Таким образом, скорость газа в «точке захлебывания» является предельной скоростью и, следовательно, рабочая скорость газа в насадочных колоннах должна быть меньше скорости в точке захлебывания.

Гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью) насадки газовому потоку находят по уравнению

, (4)

где - коэффициент гидравлического сопротивления насадки;

Н - высота слоя насадки, м;

- плотность газа, кг/м³.

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки при одной и той же скорости газа больше сопротивления сухой вследствие уменьшения свободного объема насадки при орошении. Для определения гидравлического сопротивления орошаемой насадки используют уравнение

, (5)

где L, G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

, - плотности жидкости и газа, кг/м³;

, - динамическая вязкость жидкости и газа, Па с.

Скорость захлебывания насадочной колонны (с кольцами, засыпанными навалом) может быть определена по формуле

(6)

где F – фактор насадки, для колец Рашига F = 2,22.