5.2.4. Гідравлічний опір колони.

Гідравлічний опір колони ΔР визначається як добуток гідравлічного опору однієї тарілки ΔР_т на кількість тарілок n.

Опір тарілки залежить від її конструктивних особливостей і типу.

Незалежно від типу ратілки, її загальний гідравлічний опір ΔР_т можна розрахувати як суму трьох складових:

ΔР_т = ΔР_с + ΔР_σ + ΔР_ст, (5.73)

де ΔР_с – опір сухої тарілки, Па; ΔР_σ – опір, обумовлений силами поверхневого натягу, Па; ΔР_ст – статичний опір шару рідини на тарілці, Па.

Гідравлічний опір сухої тарілки (як ковпачкової так і ситчастої) визначають за рівнянням:

ΔР_с = , (5.74)

де w₀ – швидкість пари в отворах сітчастої тарілки або швидкість в прорізах ковпачка, м/с;

ζ – коефіцієнт опору (для ситчастих тарілок ζ=1,82; ковпачкових ζ=5,4 – 6).

Гідравлічний опір, обумовлений силами поверхневого натягу, розраховують за рівнянням:

ΔР_σ = 4σ/d_е, (5.75)

де σ – поверхневий натяг рідини (низько киплячого компоненту) при середній температурі в колоні, н/м; d_е – діаметр отвору для сітчастої тарілки, або еквівалентний діаметр прорізів ковпачка, м, який визначається з співвідношення:

d_е = 4f_пр / П, (5.76)

де – f_пр – площа одного прорізу, м²; П – змочений периметр одного прорізу, м.

Параметри ковпачків – див. Табл. 5.1.1. додатку 5.1.

Статичний тиск шару рідини на ковпачковій тарілці

ΔР_ст = h_стρ_пg, (5.77)

де h_ст – висота барботажу на тарілці, м; ρ_п – густина парорідинного шару на тарілці, кг/м^3, приймають в границях (0,4 – 0,6)ρ_х; ρ_х – густина рідини на тарілці, кг/м³.

Висота барботажу на ковпачковій тарілці:

h_ст = h_занур. + h_відк/2 +Δ/2, (5.78)

де h_занур – висота занурення прорізів, яка дорівнює різниці відміток верхнього краю зливної перегородки і верхнього краю прорізів у ковпачку, м; h_відк. - висота відкриття прорізів, м

(оскільки ковпачкові тарілки працюють з повним відкриттям прорізів, ця величина може бути прийнята як висота прорізів); Δh – величина перевищення рідини над зливною перегородкою, м; Δ – градієнт рівня рідини на тарілці, м (ця величина для колон середнього діаметру незначна і нею можна нехтувати).

Величину перевищення рідини над зливною перегородкою знаходять за рівнянням:

Δh = 0,00284 К(L/b)^2/3, (5.79)

де L – витрати рідини, м³/год.; b – ширина зливної перегородки, м; К – безрозмірний коефіцієнт, який враховує збільшення швидкості й звуження потоку рідини, К≈1.

Для сітчастої тарілки статичний тиск шару рідини визначають з рівняння:

ΔР_ст = 1,3 (К’h_пер + Δh, (5.80)

де К^’ – відносна густина парорідинного шару на тарілці (приймають 0,4 – 0,6); Δh – величина перевищення рідини на тарілці, знаходять за рівнянням

(5.79); h_пер – висота переливного порогу, м; ρ_х – густина рідини на тарілці, кг/м³.

Повний гідравлічний опір колони розраховують за рівнянням

ΔР = ΔР_т n, (5.81)

де n – число тарілок в колоні.

Після визначення гідравлічного опору і конструювання контактного пристрою необхідно перевірити прийняту відстань між тарілками за умови нормальної роботи переливного пристрою. Для цього використовують співвідношення

h_mіn ≥ 2, (5.82)

де ΔР_т – повний гідравлічний опір тарілки, Па; ρ_х – густина рідини у переливному пристрої, кг/м³.

Якщо прийнята відстань між тарілками h дорівнює або дещо більше мінімальної h_mіn, нормальна робота тарілки забезпечується. У випадку h < h_mіn, треба збільшити відстань.

5.2.5. Складають тепловий баланс ректифікаційної колони. Визначають витрати гріючої пари у кубі – кип’ятильнику, витрати води в дефлегматорі і води в холодильниках дистиляту і кубового залишку, витрати гріючої пари у підігрівачі вихідної суміші.