Diplom Linar / Бирдегулов Диплому / 1359417_FD6CA_dahin_o_h_massoobmennye_kolonnye_apparaty_konstrukciya_princ

6 ГИДРОДИНАМИКАТАРЕЛЬЧАТЫХАППАРАТОВ

6.1 Анализгидродинамическихрежимовнатарелке

Поступающая жидкость заполняет тарелку на высоту, определяемую сливной перегородкой. Жидкость течет по тарелке в диаметральном на-

правлении, образуя гидравлический уклон и сливается через сливную пе-

регородку. Поток паров поступает в паровые патрубки и, барботируя через прорези колпачков, проходит в сепарационное пространство между тарел-

ками, где освобождается от увлеченной им жидкости. С увеличением ско-

рости газа на тарелке последовательно возникают следующие гидродина-

мические режимы:

1)При малой скорости имеет место пузырьковый режим, когда газ через слой жидкости проходит в виде отдельных пузырьков. Поверхность контакта фаз невелика, работа не равномерная, массопередача происходит за счет молекулярной диффузии. Работают колпачки, находящиеся ближе к сливной планке.

2)При дальнейшем увеличении скорости пара (газа) последователь-

но возникают:

а) струйный режим, при котором образуются струйки пара, выде-

ляющиеся из прорезей колпачков, от них отделяются пузырьки и на по-

верхности жидкости образуется пена. Работа тарелки равномерная, на ней одновременно существуют 3 зоны: 1 - зона барботажа, 2 - зона пены, 3 -

зона брызг. Массообмен осуществляется на поверхности контакта фаз за счет молекулярной и турбулентной диффузией.

б) пенный режим - барботажная зона исчезает. Слой пены очень под-

вижен и сильно турбулизирован. Массопередача в основном осуществля-

ется за счет турбулентной диффузии. Струйный и пенный режим - рабочие режимы.

61

в) инжекционный (брызговой) режим возникает при повышенных

скоростях пара и при этом резко увеличивается количество брызг и унос

жидкости на вышележащую тарелку. Работа тарелки становится неравно-

мерной и малоэффективной.

При дальнейшем увеличении скорости пара (газа) наступает «захле-

бывание». Все межтарельчатое пространство заполняется пеной и брызга-

ми, проходящими через горловины патрубков на вышестоящие тарелки -

происходит «срыв» работы колонны.

Рис. 6.1. Анализ гидравлического режима тарелки:

1 - малая нагрузка тарелки по жидкости (для колпачковой тарелки это значит, что колпачки погружены в жидкости или недостаточная высота сливной планки); 2 - малая нагрузка по пару, пульсация по пару, только отдельные пузырьки прорываются через слой жидкости; 3 - неравномерное парораспределение по колпачкам, тарелка работает не равномерно (наиболее часто встречающиеся на практике случаи); 4 - плохое парораспределение для тарелки. Жидкость попадает в паровые патрубки или нарушено направленное движение потоков пара и жидкости; 5 - режим захлебывания или унос жидкости с тарелки на тарелку; 6 - полное захлебывание и интенсивный унос жидкости; 7 - перезагрузка по пару (пар сдувает с тарелки всю жидкость); 8 - область нормальной работы; 9 - область оптимальной

работы.

62

6.2 Гидравлический расчет колпачковой тарелки

Общие потери напора на тарелке любого типа складываются из со-

противления сухой тарелки рс , сопротивления слоя жидкости на тарелке

рЖ , сопротивления поверхностного натяжения р :

где 1, 2,...., n - коэффициенты местных потерь при прохождении пара через патрубок (горловину), кольцевое пространство и прорези колпачка; v1 - скорость пара в горловине; v2 - в кольцевом пространстве между кол-

пачком и верхним обрезом патрубка; v3 - в кольцевом пространстве меж-

ду колпачком и стенкой горловины; vn - скорость пара в прорезях колпач-

Экспериментально определено:

1 4,5 7,5 - тарелки с капсульными колпачками;

1 1,4 2 - ситчатые тарелки;

1 3,63 - клапанные (при полном открытии);

1 20 - S -образные тарелки (для vnapa в паровых патрубках);

1 4,18 - S -образные тарелки (для vnapa в прорезях S -образных

элементов).

Сопротивление слоя жидкости на тарелке рЖ :

где кт - коэффициент аэрации жидкости на тарелке; hЖ - высота слоя

жидкости (определяется в зависимости от типа тарелки и свойств паро-

жидкостной системы или глубины барботажа, табл. 6.1).

где l - высота прорези; l * - расстояние от верхнего края прорези до верха сливной перегородки; - градиент уровня жидкости; h1 - высота перели-

ва.

Сопротивление поверхностного натяжения:

где lЖ - длина пути жидкости на тарелке; ln - длина сливного порога; hnop - высота сливного порога.

Градиент уровня жидкости на тарелке оказывает наибольшее влия-

ние на работу тарелок, в которых осуществляется перекрестное движение па-

64

ра и жидкости (колпачковые, ситчатые и т. п.). Для S-образных, клапанных,

струйных и других типов тарелок градиентом уровня жидкости можно пре-

небречь. Градиент уровня жидкости в основном зависит от нагрузки тарелки по жидкости и конструктивных особенностей контактных элементов. Он влияет на распределение гидравлического сопротивления при прохождении через тарелку, особенно при больших диметрах колонны. Наличие градиента обуславливает неравномерность работы тарелки. Там, где жидкость поступа-

ет на тарелку, сопротивление будет больше на величину по сравнению со сливной стороной. Средний градиент равен:

Степень не равномерности потока пара Sn через тарелку определя-

ется отношением скоростей пара в колпачках, соответствующей макси-

мальной и средней величине сопротивления:

65

где М1=32 - молекулярный вес метанола; М2=18 - молекулярный вес воды.

Плотность пара

где Т1=347 К - температура в среднем сечении верхней части колонны.

Расход пара в колонне:

Принимаем тарелку типа ТСК-1 с капсульными круглыми колпач-

ками.

Вэтомслучаеориентировочнаяскоростьпаравколонне:

Принимаем колонну диаметром 1000 мм, имеющую число колпач-

ков т = 29.

Высота прорези в колпачке определяется

Принимаем высоту прорези в колпачке hnp = 25 мм.

Действительная скорость пара в колонне

67

Для выбора расстояния между тарелками находим значение

Принимаем глубину погружения прорези колпачка hг = 15 мм. В соответ-

ствиисэтимизрис.6.2находимрасстояниемеждутарелками hТ =400мм.

Высота установки регулировочной планки сливного порога hnop hnp hг 8 25 15 8 48 мм.

Скорость пара в прорезях колпачков

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения,

где + 0,029 Дж/м2 - поверхностное натяжение смеси жидкостей при средней концентрации ее в верхней части колонны:

где b = 0,004 м - ширина прорези в круглых колпачках.

Расход жидкости в верхней части колонны

ВысотасливажидкостиприсреднемзначениикоэффициентаК=1,12.

68

где b = 0,71 м - длина сливного порога.

Градиент уровня жидкости на тарелке

где Ж = 0,0055 н сек/м2 - вязкость жидкости при средней концентрации метанола 68 % (весовых; L = 0,58 м - длина пути жидкости.

6.4 Расчет S-образных тарелок

Тарелки этого типа изготавливают в соответствии с ОСТ 26-536-78 с

диаметром 1000-8000 м. Расстояние между тарелками 450 мм. Однопо-

точные НТ 450 900 мм и двухпоточные НТ 600 900 мм. Полотно тарелки набирается из S-образных элементов, при сборке которых образу-

ются каналы для пара. Чтобы закрыть каналы с торцов и увеличить жест-

кость тарелки, между S-образными элементами устанавливают пластины.

В этих тарелках пар выходит из контактных элементов в направлении движения жидкости. Это способствует уменьшению градиента уровня жидкости ( ) на тарелке. Тарелки большого диаметра могут быть двух и

где

69

где wn - скорость пара в каналах.

70