пару (линия 2—2), допустимого уноса жидкости при уме ренных значениях параметра Lv (линия 3—3) и при повышенных значениях параметра Lv (линия 4—4), линией максимально до пустимых нагрузок на переливное устройство (линия пере лива 5—5). Линия перелива может находиться в двух положе ниях относительно линий допустимого уноса. При пересечении линии перелива с линией допустимого уноса производительность тарелки лимитируется как величиной уноса жидкости, так и рабо тоспособностью переливного устройства тарелки. При расположе нии линии перелива выше линии уноса производительность лими
тируется только |
величиной |
уноса жидкости |
[46]. |
|
Для построения такого графика необходимо иметь: |
|
а) уравнение линии минимально допустимых нагрузок по жид |
кости |
|
|
Ф0 = 433 (Ly — 0,00139) |
|
|
|
(V.46) |
|
|
|
|
|
|
б) уравнение линии минимально допустимых нагрузок по газу |
(пару) |
|
|
Ф0 = 9, U LV + 0,142 + 0,0316/ |
|
|
(V.47) |
|
|
|
|
|
в) |
уравнение линии допустимого уноса жидкости при умерен |
ных значениях параметра L v |
|
|
|
|
|
Ф0 = 0,283/Иф/Пе [(150£,у — т1{) (т0—• 1) + 2,1тк] |
(V.48) |
при повышенных значениях параметра Lv |
|
|
при me < |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ф _ |
0,283тф/пет о (3,125 — т 0) (ти — 29,4L у) |
(V.49) |
|
|
° ~ |
т0-\-0,57те — 1,18тет 0 |
|
|
|
|
|
|
|
при те > |
1 |
0,98 ( т я — 29,4Ly) тфтет0 |
|
|
|
|
|
|
(V.50) |
|
|
|
|
1,63 — т е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент Шф, входящий в эти уравнения, определяют |
так: |
|
|
|
|
|
|
|
|
при рп « |
167,8 — 290Я + 118,7Я а |
|
|
|
|
|
|
|
|
Щф= (1,12 |
0,0022рп) ( 1 |
Рп У '5 |
(V.51) |
при рп > 167,8 — 290Я — 118,7Я2 |
\ |
Рж / |
|
|
|
|
|
|
|
т ф - (3,657 - |
7 ,17Я + 6,86Я 2 |
2,22Я3) ( l |
) |
( l |
Рп \°>5 |
(V.52) |
|
|
|
|
|
|
|
Рж / |
|
Коэффициенты |
т е, т„, т 0 рассчитывают |
по |
формулам |
|
|
|
|
тй= 2 [е]°>3 |
|
|
|
(V.53) |
|
|
|
тн = Я (2,28 — Я) — 0,022 |
|
|
|
(V.54) |
|
|
|
|
т0 = 201 |
|
|
|
(V.55) |
г) |
уравнение линии |
максимально допустимых |
нагрузок по |
жидкости на переливное |
устройство |
|
|
Ф0 = |
|
<Я2- 3М у) |
(V.56) |
Эффективное расстояние между тарелками (Н2) определяют по |
уравнениям |
|
|
|
при |
/ к : Л, |
(Я + А)е(Л + А1) |
(V.57) |
|
Я 2 = |
при |
h > /ij |
|
|
|
|
Я 2 = |
(Я — Л) е — 2h |
(V.58) |
Относительную плотность газожидкостного слоя в переливном устройстве рассчитывают по формуле
После построения области эффективной работы тарелки, огра ниченной линиями 1—1, 2—2, 3—3, 4—4 и 5—5, на график на носят рабочую точку, координаты которой определяют по урав нениям
Через рабочую точку и начало координат проводят рабочую линию, которая характеризует в этом случае изменение произ водительности аппарата при неизменном соотношении потоков жидкость—газ (пар). Если рабочая точка находится за пределами области эффективной работы, необходимо изменить геометриче ские размеры тарелки согласно нормали и весь расчет повторить. Если рабочая точка находится в пределах указанной области, то далее определяют диапазон эффективной работы тарелки
При проектировании новых и реконструкции действующих ко лонн должно выполняться условие п > [п\, т. е. необходимо, чтобы расчетный диапазон был не меньше допустимого для дан ных условий работы. При п < [п] следует изменить геометриче ские размеры тарелок и весь расчет повторить (приближение произ водят по параметрам 5 0, В , 5 2, tlt а затем по Р и Я).
Гидравлическое сопротивление тарелок (АР) определяют по уравнениям
|
а) при Ф0 < - |
|
192/1 |
|
|
|
(I — 6,12АЛ) У Р> |
|
|
АР = |
|
|
ДРсух + ДРЖ |
|
(V.63) |
где ДРСух = |
16б,8р°*125Фо’25, а ДРЖ определяют в зависимости от величины Ф0 |
по уравнениям |
_ |
8,66 |
|
|
|
3,6 |
|
|
|
при - = |
< Ф 0< — |
|
|
|
У Рж |
г Рж |
|
|
АРж= |
[л - 0,0377ржб Фо + |
0,402 |
( р ^ 5Фо + |
8,66) (А + |
Ah) ] р |
|
|
Л |
8,66 |
|
(V.64) |
|
|
|
|
|
при ф 0> — = |
|
|
|
|
|
У Рж |
|
|
|
ДРж = [А - 0,0377 р0^ 5 ф 0+ 6,97 (А + |
Ah) ] рж |
(V.65) |
Значения коэффициента Л: при |
t — 0,05 м А = 0,00196; при t |
0,075 и 0,1 м |
А = 0,142. |
13,4 . |
192ft |
|
л |
|
б) при |
— = > Ф0 > |
---------— |
— — |
|
|
/р ж |
|
(1 - 6 ,1 2 Ah)Vp>Ж |
|
АР = / |
0,95 + |
175АА |
АР,сух |
(V.66) |
0°>бф |
|
|
|
Нж ^0 |
|
|
|
в) |
при Ф0 > 13,4 |
|
|
|
|
|
У ы |
|
|
ДР = |
1,766ржФ§ / |
0,95 + |
|
(V.67) |
|
|
^ |
Ржфо ) |
|
Подпор жидкости над сливным порогом определяют по формуле
Aft = 0,687L®’67
Принципиальная блок-схема гидравлического расчета абсорб ционных и ректификационных колонн с прямоточными клапан ными тарелками приведена на рис. V.21.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛОНН С МНОГОПОТОЧНЫМИ СИТЧАТЫМИ ТАРЕЛКАМИ (ТИПА МД)
Методика основана на результатах исследования гидродинамики тарелок на полупромышленных абсорбционных стендах и обобще ния данных других исследователей, полученных при испытании тарелок различного диаметра на разных системах [47]. Для опре деления предельной скорости газа (пара) в рабочем сечении ко лонны рекомендуется уравнение
Г„ред = A (L/G + I) - 0-5 (рж/Рп) 0JH |
(V.68) |
Для тарелок с обычными отверстиями А — 0,1 (тарелки МД конструкции фирмы Юнион Карбайд Корпорейшен), для тарелок конструкции ВНИИгаз и ЦКБН (верхняя кромка отверстий вы тянута вверх на высоту 2 мм ) А = 0,13. Уравнение (V.68) про верено в следующем интервале изменения влияющих параметров: LlG = 0,2— 10; рж/р„ = 16—390; Fc = 0,05—0,1; Н — 0,4—0,6 м.
Максимально допустимую скорость газа (пара) в рабочем се чении колонны рассчитывают с учетом коэффициентов на-, грузки (/(„) и вспенивания системы (Кс)
т = К н * с1РПред |
(V.69) |
Величина /(„ = 0,8—0,9. Значения коэффициента |
Кс приве |
дены на с. 401. |
|
Площадь селения колонны определяют как сумму площадей рабочей части аппарата (5а) и переливных устройств (52)
5 = |
/(n (51+ S2) |
(V.70) |
где /Сп = 1 — 1,05. |
|
|
|
S |
- |
G |
|
|
|
РпПН |
|
Величину b принимают по табл. V.9 (вначале принимают мини мальное значение ширины перелива 0,2 м).
Периметр слива (в данном случае удвоенная ширина сливного устройства) рассчитывают предварительно в зависимости от за
данной |
плотности |
орошения на |
единицу длины сливной планки |
и расхода жидкости |
|
|
|
|
в __ |
I |
|
|
|
|
РжLv |
|
где Ly = |
0,014 — 0,02 |
м3/(м*с). |
|
|
После определения площади сечения колонны рассчитывают |
диаметр |
аппарата |
D — 1.13S0,5 |
(V.71) |
|
|
По табл. V.9, зная периметр |
слива, |
принимают ближайший |
больший диаметр аппарата (D), соответствующий нормальному
ряду. Величину свободного сечения тарелки определяют по урав |
нению |
,,6 (j w ) p°.5 |
|
|
|
|
|
Fr = |
100 - 11- Y 1 - 3,2-10-» [р жЛ + 772 |
+0,04 |
j |
|
|
|
|
(V.72) |
Для тарелок с цилиндрическими отверстиями п изменяется от 2 до 3, для тарелок конструкции ВНИИгаз и Ц КБН п изменяется от 3 до 4.
Таблица V.9. Значения периметра сливного устройства многопоточных ситча
|
Число потоков |
Ширина слив |
|
|
|
|
|
|
Диаметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на тарелке |
ного устрой |
1,0 |
1,2 |
1.4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
|
|
ства, м |
|
2 |
0,2 |
1,85 |
8,35 |
2,7 |
3,05 |
3,5 |
3,95 |
_ |
|
— |
|
|
0,3 |
1,8 |
2,3 |
2,65 |
3,0 |
3,45 |
3,90 |
|
4 |
0,2 |
— |
— |
4,77 |
5,57 |
6,35 |
6,87 |
7,90 |
|
6 |
0,3 |
— |
— |
4,72 |
5,52 |
6,3 |
6,82 |
7,85 |
|
0,2 |
— |
_ |
_____ |
_____ |
_____ |
11,03 |
12,54 |
|
|
0,3 |
— |
— |
— |
— |
— |
11,05 |
12,49 |
Общее сопротивление тарелки АР определяют как сумму со противлений сухой тарелки АРсух и барботажного слоя’ АРж. Для расчета этих составляющих используют уравнения
|
Рп^пред |
(V.73) |
|
АРсух |
|
|
2gF* |
|
ции |
Для тарелок с цилиндрическими отверстиями £ = |
2, для тарелок конструк |
ВНИИгаз и ЦКБН (верхняя кромка отверстий вытянута вверх) £ = 1,6. |
|
ЛРж = Рж£(й + ДЛ) |
(V.74) |
где |
Ah = 0,96Z,®’67. |
|
Для определения высоты пены на тарелке рекомендуется за висимость
Ржge
где в = 0,25 ч- 0,33
Высоту «светлой» (h') и вспененной жидкости (#пер) в пере ливном устройстве рассчитывают по уравнениям
/1' = /1+ АЬ + ДРж^ + ДР |
(V.76) |
Я'пеР = | г |
(V.77) |
где АР Жшп принимают равной 300—400 Па. Значения относитель ной плотности вспененной жидкости в переливном устройстве (е') приведены ниже:
Интенсивность |
<0,018 |
Плотность орошения, |
ма/(м.с) |
пенообразования системы |
0,018—0,0278 |
>0,0278 |
С л а б а я ....................................... |
0,65 |
0,6 |
0,5 |
Средняя .................................... |
0,55 |
0,5 |
0,4 |
Сильная .................................... |
0,4 |
— |
— |
Для расчета величины вылета струи в переливном устройстве рекомендуется уравнение Боллеса
у = 0,8У Aft (Я + А — Л') |
(V.78) |
тых тарелок (в м)
колонны (D), м
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
4,0 |
1
8,30 |
8,75 |
9,0 |
10,8 |
11,38 |
12,20 |
12,80 |
13,6 |
14,4 |
8,25 |
8,7 |
8,95 |
10,75 |
11,35 |
12,15 |
12,75 |
13,55 |
14,35 |
12,78 |
13,78 |
14,54 |
15,94 |
17,29 |
17,83 |
19,44 |
20,69 |
23 |
12,73 |
13,73 |
14,49 |
15,89 |
17,24 |
17,78 |
19,39 |
20,64 |
23,5 |
При проектировании аппаратов необходимо определить пло щадь наиболее узкого свободного сечения сливного устройства
S„ - A |
j / W * * |
(V.79, |
Рж |
f |
ж.п |
|
Для тарелок без затворной |
планки |
К 3. п = 190, |
при наличии |
затворной планкиК3. п = 250. |
|
|
необходимо, |
Дляобеспечения нормальной работы колонны |
чтобы соблюдались следующие условия |
|
ЯП^ Я |
— 0,05 |
|
(V.80) |
Я ;ер< Я |
|
(V.81) |
г/<0,66 |
|
(V.82) |
Рис. V.22.
Принципиальная блок-схема гидравлического расчета многопоточных ситчатых тарелок*
Если в процессе расчета условие (V.80), (V.81) или (V.82) не выполняется, необходимо в первых двух случаях увеличить межтарельчатое расстояние, а в последнем — ширину сливного устройства. При отсутствии таких возможностей следует увели чить диаметр колонны.
Принципиальная блок-схема гидравлического расчета абсорб ционных и ректификационных .колонн с многопоточными ситчатыми тарелками представлена на рис. V.22.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛОНЩ С ПРОВАЛЬНЫМИ ТРУБЧАТО-РЕШЕТЧАТЫМИ ТАРЕЛКАМИ “
Для определения предельной скорости газа (пара) в свободном сечении аппарата с трубчато-решетчатыми тарелками (или ско рости «захлебывания») рекомендуется следующее уравнение
-0 ,4 8 дО, 25 |
|
W,пред ;=°'в45МйГ,и +'■*) |
(V.83) |
|
Чтобы уравнение (V.83) можно было использовать при проект ных расчетах, необходимо выразить диаметр аппарата через объем
и скорость |
газа (пара). |
Если проделать необходимые в связи |
с этим преобразования, |
то уравнение (V.83) можно представить |
в следующем виде: |
|
|
|
|
|
/ G \ 0.U_ 0,89 / о™\ —0,53 / L, |
'0,42 |
Г „ ред = 0.286 ( £ ) |
Р< |
(&L) |
( g - H . 8) |
(V.84, |
Эти зависимости проверены в следующем диапазоне изменения |
влияющих |
параметров: |
L/G = |
0,5—40; |
рп/рж = |
0,012—0,045; |
Fc = 0,07—0,24; D = 0,2—2,2 м. |
|
|
Известно, что оптимальный режим работы абсорбционных и ректификационных колонн, при котором достигается максималь ный съем продукции с единицы объема массообменной аппаратуры, обеспечивается при нагрузках, близких к предельным. Поэтому максимально допустимая скорость газа (пара), по которой рас считывают диаметр аппарата, принимают равной 80—85% от ско
рости |
«захлебывания», |
т. е. |
[W]max = 0,85Ц7пред. |
При проектном расчете после определения максимально допу |
стимой |
скорости газа |
(пара) |
рассчитывают диаметр аппарата |
|
|
|
( V ' 8 6 ) |
Далее по нормали принимают ближайший больший диаметр колонны и, если значение диаметра, вычисленное по уравне нию (V.85), будет существенно отличаться от принятого по нор мали, уменьшают первоначальное свободное сечение тарелок так, чтобы при новом диаметре фактическая скорость газа (пара) также была бы равна 0,85tt7IIp(W. В противном случае увеличение диа
метра приведет к уменьшению диапазона эффективной работы та релок и аппарата в делом. Может быть и другой вариант — по нормали принимают ближайший меньший диаметр колонны, но тогда, исходя из тех же соображений, увеличивают свободное сечение тарелок.
Расчетные уравнения для определения сопротивления труб чато-решетчатых тарелок при скорости подвисания (вступления тарелки в работу), максимально допустимой скорости газа (пара)
|
и скорости «захлебывания» имеют вид |
|
|
а) для тарелок без сетки |
/ |
L\0.26 |
|
|
Л Р п о д в = |
(V.86) |
|
45 |
|
|
АРтх = 2 3 0 ( ± У ’2 |
(V.87) |
|
Л^пред = |
|
/ L \ 0,2 |
(V.88) |
|
290 y-Q j |
|
б) для тарелок с сеткой |
|
/ Т \ 0,26 |
|
|
ДЛк>дп= 3,2 |
(V.89) |
|
|
|
ДРтах = |
/ |
L \о,н |
(V.90) |
|
4 0 0 ^ ] |
|
&Рпред = |
/ |
L \0,и |
(V.91) |
|
500 |
|
|
Уравнения, предложенные |
в |
работе [50], |
дают завышен |
ные сопротивления в точках захлебывания при плотностях газа (пара) более 5 кг/м3 [48]. С увеличением соотношения потоков (L/G) разница между фактическими и расчетными значениями сопротивлений возрастает.
Для определения величины относительной плотности «пены» на тарелке при скорости «захлебывания» рекомендуется уравнение
/ Г \ 0,12 |
(V-92) |
епред = |
Для тарелок без сетки А = 0,154, для тарелок |
с сеткой |
А = 0,175. |
|
Расстояние [между тарелками следует определять по усло виям работы колонны при нагрузках, соответствующих точке «захлебывания», с тем чтобы обеспечить возможность эксплуата ции аппарата во всем интервале устойчивой работы тарелок. Известно, что расстояние между тарелками должно быть больше
или равно сумме высот вспененного слоя жидкости |
(Я п) и сепа- |
рационного пространства (# с) |
|
Я ^ Я п + tfo |
(V.93) |
