3.3.5. Расчет скорости пара

Скорость пара в полном сечении тарельчатых колонн рекомендуется [4] рассчитывать по уравнению

(3.31)

где С – коэффициент, зависящий от конструкции тарелки, расстояний между тарелками, рабочего давления в колонне, нагрузки колонны по жидкости. На рис.3.9 приведена зависимость коэффициента С от межтарельчатого расстояния для ситчатых и колпачковых тарелок, работающих при атмосферном давлении и средних нагрузках по жидкости [4]. Более общий график для коэффициента С приведен в [2], (рис.8.2 на стр. 222). Нормализованные расстояния между тарелками различных конструкций приведены в [30], (стр.705,706), и в [7]. В дальнейшем необходимо проверить обеспечивает ли принятое межтарельчатое расстояние нормальную работу переливных устройств (см.пункт 3.3.7).

Рис.3.9. Значение коэффициента С:

1- ситчатые тарелки; 2,3 – тарелки с круглыми колпачками

Методика расчета скорости пара в колоннах с другими конструкциями тарелок изложена в [2], (стр.233), [6], (стр. 214-216, 259), [30], (стр.262-274).

3.3.6. Расчет диаметра и общей высоты колонны

Диаметр колонны определяется из уравнения расхода по рассчитанной величине скорости пара в полном сечении колонны

. (3.32)

Среднее значение объемного расхода пара в колонне подсчитывается как

, (3.33)

где р_о =0,1013 МПа; T₀=273 К – нормальные условия.

По расчетному диаметру колонны выбирается ближайший стандартный диаметр, значения которых, принятые в химической промышленности, приведены в [30], (стр.705,706).

Можно воспользоваться также нормальным рядом диаметров колонны, принятым в нефтяной промышленности: 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,3; 3,4; 3,6; 3,8; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,4; 7,0; 8,0; 9,0 [16].

Из выражения (3.32) вычисляется действительная скорость пара в полном сечении колонны стандартного диаметра.

По выбранному стандартному диаметру колонны D, с использованием данных [2], (табл.8.6 на стр. 228; табл.8.7 на стр.229; табл.8.8 на стр.230; табл.8.9 на стр. 234) или данных в [5,16,30], определяются тип и типоразмер стандартной тарелки. Выписываются основные технические характеристики тарелки.

Общая высота ректификационной колонны

Н=Н_Т+h₁+h₂ ,

где h₁ - высота сепарационной части колонны, м ; h₂ - расстояние от нижней тарелки до днища, м.

Значения h₁ и h₂ выбираются в соответствии с рекомендациями [2], (табл.8.2 на стр.220).

3.3.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн

Гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки рассчитывается как сумма трех слагаемых

, (3.34)

где сопротивление сухой тарелки

. (3.35)

Ниже приведены значения коэффициентов сопротивлений тарелок различных конструкций [4, 6]:

колпачковая 4,5-5,0

ситчатая со свободным сечением отверстий 7-10% 1,82

ситчатая со свободным сечением отверстий 11-25% 1,45

ситчатая с отбойниками 1,5

клапанная 3,6

струйная с элементами нормальных размеров 1,2

решетчатая провальная 1,4-1,5

Скорость пара в наиболее узком сечении тарелки определяется через отношение площади прохода паров S_о (дана в таблицах в [2]) к площади полного сечения колонны S=0,785 D²:

. (3.36)

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения,

, (3.37)

где σ - поверхностное натяжение, Н/м; d_э - эквивалентный диаметр, м.

Для колпачковых тарелок , где f - площадь сечения прорези колпачка; П- периметр прорези. Для ситчатых тарелок эквивалентный диаметр равен диаметру отверстия, для решетчатых – удвоенной ширине щели. Из-за относительной малости величины Δр_σ ею часто пренебрегают.

Сопротивление парожидкостного слоя на колпачковой тарелке рассчитывается по уравнению [4]

, (3.38)

где k = 0,5 – относительная плотность пены на тарелке; e - высота прорези колпачка, берется из справочника [30], (стр.708); l - расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, принимается равным 15÷40 мм; Δh - уровень жидкости над сливным порогом

; (3.39)

V_к- объемный расход жидкости, м³/с; П_с - периметр слива, м. Размеры переливных труб см. [30], (стр.707).

Сопротивление парожидкостного слоя на ситчатой тарелке с переливным устройством [4]

, (3.40)

где h_пер =25-50 мм – высота сливной перегородки, [2]; Δh - уровень жидкости над сливной перегородкой, м, определяют по уравнению (3.39).

Расчет сопротивления слоя парожидкостной эмульсии для тарелок других конструкций изложен в [2, 6, 15 (стр.275-291].

По рассчитанному значению гидравлического сопротивления тарелки проверяется, обеспечит ли принятое межтарельчатое расстояние нормальную работу переливных устройств. Должно выполняться условие

.

Сопротивление всех тарелок колонны

, (3.41)

где n- число тарелок.