4.2. Тарілчаста колона

Тарілчасті колони поділяються на колони з переливними пристроями (тарілки – ковпачкові, «Юніфлакс», ситчаті, пластинчаті, клапанні, баластні) і без переливних пристроїв (тарілки – дірчасті, решітчасті, трубчаті).

Головними розрахунковими параметрами тарілчастих абсорбційних колон, так само як і насадкових, являються – витрата абсорбенту, діаметр і висота колони, гідравлічний опір колони. Послідовність дій для визначення витрати абсорбенту така сама, як показано в пп.. 4.1.1 – 4.1.4 розрахунку насадкової колони, тому далі ми продовжимо розгляд алгоритму з наступного пункту .

4.2.1. Розрахунок діаметра абсорбера

d = , (4.57)

де V – об’ємна витрата газу за робочої температури t в абсорбері, м³ / с;

V₀ – об’ємні витрати газу за нормальної температури t₀;

w – швидкість газу, віднесена до повного поперечного перерізу абсорбера, м/с.

Наближено граничну швидкість газу можна визначити із графіка [11] залежно від відстані Н між тарілками й відношення густин газу й рідини ρ_г/ρ_р. Графік побудований для тарілок з круглими ковпачками; для тарілок іншої конструкції величину w_гр., визначену по графіку, слід помножити на відповідний поправковий коефіцієнт:

Тарілки Коефіцієнт

Із прямокутними ковпачками ………..0,7

Ситчасті……………………………… 1,35

Провальні……………………………….1,5

Рекомендується приймати робочу швидкість газу w = (0,8 – 0,9) w_гр..

Рис. 4.5. Графік для визначення граничної швидкості

w_гр. у вільному січенні колони за різної відстані Н

між тарілками

Після визначення наближеного значення швидкості розраховують діаметр колони, вибирають ту чи іншу конструкцію тарілки й здійснюють перевірочний розрахунок швидкості.

Для барботажних тарілок у границях стійкої роботи швидкість газу може бути визначена за рівнянням [4, 7, 9]:

Y = В₁٠е^-4Х, (4.58)

Де ; (L/G)^1/4 (ρ_г/ρ_р)^1/8, (4.59)

w₁ - швидкість газу в колоні, м/с; d_e - еквівалентний діаметр отвору або щілини в тарілці, м; . F_в - частка вільного січення тарілки, м² / м²; µ_р і µ_в - в'язкість відповідно абсорбенту при температурі в абсорбері й води при температурі 20°С, Па٠с; L і G - витрати рідкої і газової фази відповідно, кг /с.

Для ковпачкової тарілки d_е щілини довжиною ℓ і шириною b: d_е=4bℓ/2(b+ℓ)

У [9] приведені наступні значення коефіцієнта B₁:

Таблиця 4.5

Тарілка Нижня границя Верхня границя

Ковпачкова 1,5 - 2 10

„Юніфлакс" 1,5 - 2 10

Нитчаста, пластинчаста 10 -

Клапанна, баластна 0,3 - 0,5 10

Дірчата, решітчаста 2,95 10

Трубчата 4 16

Слід мати на увазі, що при роботі тарілчастої колони в залежності від швидкості газу можливі три режими [14]: режим нерівномірної роботи, коли швидкість газу у вільному перерізі колони w < 0,5 м/с, у ковпачкових тарілках прорізи ковпачків за такої швидкості газу не повністю відкриті, має місце бульбашковий режим барботажу; у ситчастих тарілках рідина провалюється через отвори й не встигає накопичуватися на тарілках; режим рівномірної роботи наступає при збільшенні швидкості до 1 м/с (в залежності від відстані між тарілками – рис. 4.5); третій, не бажаний, режим – при швидкостях більше 1 м/с – це режим газових струменів і бризок.

Повернемось до рівнянь (4.58) і (4.59).

Найбільш інтенсивний режим роботи тарілок відповідає верхній границі, тобто коли В₁ = 10, але із врахуванням можливого коливання навантажень по газу приймають В₁ = 6 ...8 (крім ситчастих тарілок). Після визначення швидкості w₁ повторно розраховують діаметр колони й вибирають найближчий за каталогом [10]. Потім розраховують дійсну швидкість газу w і перераховують коефіцієнт „В" за рівнянням

B = B₁ (w/w₁)² (4.60)

Рекомендовані також наступні залежності для визначення швидкості газу:

Для ситчастих тарілок робочу швидкість можна розрахувати за рівнянням [6, 7]:

w = 0,05 (ρ_р/ρ_г)^1/2. (4.61)

Для клапанних тарілок

, (4.62)

де G - маса клапану, кг; S_o - площа отвору під клапаном, м²; ξ - коефіцієнт опору, який можна прийняти таким, що дорівнює 3. За ГОСТ 16452 - 79 діаметр отвору під клапаном дорівнює 40 мм, маса клапану 0,04 кг; F_в - частка вільного січення тарілки, м² / м²

Для ковпачкових тарілок гранично допустиму швидкість рекомендується розраховувати за рівнянням [1]:

w = , (4.63)

де d_к - діаметр ковпачка, м; h_к - відстань від верхнього краю ковпачка до вище розташованої тарілки, м.

Робочу швидкість газу для ковпачкової тарілки приймають на 15 - 20% менше гранично допустимої.